чем греют воду в котельной

Предварительный подогрев питательной воды в котельной

Общая характеристика

Как правило, вода, подаваемая в котел из деаэратора, имеет температуру 105 °C. Вода, находящаяся внутри котла, имеет более высокие давление и температуру. Поступающая в котел вода состоит из возвратного конденсата, а также подпиточной воды для восполнения потерь. Возможна утилизация тепла посредством предварительного подогрева питательной воды, что позволяет снизить затраты топлива.

Предварительный подогрев может быть организован четырьмя способами:

Рис. Предварительный подогрев питательной воды

Перечисленные меры могут способствовать общему повышению энергоэффективности (КПД), т.е., снижению расхода топлива на получение определенного количества пара.

Экологические преимущества

Объемы энергосбережения, которые могут быть достигнуты за счет этих мер, зависят от температуры дымовых газов (или технологического процесса, тепло которого используется для подогрева), выбора теплообменных поверхностей и, в значительной степени, от давления пара.

Согласно широко распространенному представлению, использование экономайзера способно повысить КПД производства пара на 4 %. Для обеспечения непрерывной работы экономайзера следует регулировать подачу воды.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

К возможным недостаткам указанных четырех методов относится то, что их реализация требует дополнительного пространства для установки оборудования, а возможности для их использования сокращаются по мере увеличения сложности технологических процессов.

Производственная информация

Как правило, температура дымовых газов превышает температуру насыщенного пара примерно на 70 ºC. Для типичных промышленных паровых котлов температура дымовых газов составляет 180 °C. Нижний предел температуры этих газов определяется соответствующей кислотной точкой росы, которая зависит от используемого топлива и, в частности, от содержания в нем серы. Эта величина составляет примерно 160 °C для тяжелого мазута, 130 °C для легкого мазута, 100 °C для природного газа и 110 ºC для твердых отходов. В котлах, использующих в качестве теплоносителя термомасла, имеет место более интенсивная коррозия, и конструкция экономайзера должна предусматривать возможность замены соответствующих деталей. Коррозия деталей экономайзера усиливается, если температура дымовых газов падает существенно ниже кислотной точки росы, что может иметь место в случае значительного содержания серы в топливе.

Если температура газов в дымовой трубе оказывается ниже кислотной точки росы, в отсутствие специальных мер это приводит к образованию отложений сажи в трубе. Как следствие, экономайзеры часто оборудуют обводным газоходом, позволяющим пустить часть дымовых газов в обход экономайзера в случае недопустимого снижения температуры газов в трубе.

Как правило, каждые 20-40 ºC снижения температуры дымовых газов соответствуют повышению КПД системы примерно на 1%. Это означает, что, в зависимости от температуры газа и перепада температур на входе и выходе теплообменника, можно достичь повышения КПД на величину до 6-7%. Как правило, температура питательной воды, прошедшей через экономайзер, увеличивается со 103 до примерно 140 °C.

Применимость

На некоторых существующих предприятиях организация предварительного подогрева питательной воды сопряжена со значительными трудностями. Системы предварительного подогрева конденсата за счет тепла деаэрированной воды на практике применяются редко.

На предприятиях с высокой мощностью парогенерирующих систем подогрев питательной воды при помощи экономайзера является стандартной практикой. Однако и в этой ситуации возможно добиться повышения КПД на величину до 1% посредством увеличения разницы температур. Использование отходящего тепла других технологических процессов также является реалистичным вариантом для большинства предприятий. Потенциал для эффективного применения этого метода существует и на предприятиях с относительно невысокой мощностью парогенерирующих систем.

Экономические аспекты

Потенциал энергосбережения в результате организации предварительного подогрева питательной воды с помощью экономайзера зависит от ряда факторов, включая потребности конкретного производства, состояние дымовой трубы и характеристики дымовых газов. Окупаемость соответствующих инвестиций в условиях конкретной паровой системы зависит также от времени работы системы, фактических цен на топливо и географического положения предприятия.

На практике потенциал энергосбережения в результате предварительного подогрева питательной воды достигает нескольких процентов от общей энергии производимого пара. Поэтому даже для небольших котлов возможно достичь энергосбережения в объеме нескольких гигаватт-часов в год. Например, для котла мощностью 15 МВт можно достичь экономии в объеме примерно 5ГВт·ч/г, экономического эффекта в размере около 60 тыс. евро в год и сокращения выбросов CO₂ примерно на 1 тыс. т/год. Поскольку результаты пропорциональны масштабам установки, крупные предприятия могут добиться большего эффекта.

Во многих случаях температура дымовых газов, поступающих их котла в трубу, превышает температуру производимого пара на 100-150 ºC. Как правило, снижение температуры дымовых газов на каждые 20-40 ºC позволяет повысить КПД котла на 1%. За счет утилизации отходящего тепла экономайзер во многих случаях может обеспечить сокращение расхода топлива на 5-10% и обеспечить собственную окупаемость менее чем за два года. Потенциал энергосбережения за счет снижения температуры дымовых газов продемонстрирован в табл.

В предположении использования природного газа в качестве топлива, 15% избытка воздуха и конечной температуры дымовых газов 120 °C

По материалам «Справочного документа по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности»

Здесь мы можем разместить контактную информацию о Вашей компании и ссылку на Ваш сайт
Как разместить контактную информацию

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог».
Скачать опросник

Источник

Тепловая схема водогрейной котельной со стандартными котлоагрегатами и гидравлическим распределительным устройством (гидравлическая стрелка)

Контуры потребителей

Внутренние технологические контуры

Также в схеме предусмотрен ввод холодной воды, повысительная насосная станция, установка водоподготовки и бак запаса подпиточной воды.

Котлоагрегат и гидравлическое распределительное устройство

Котлоагрегат – изделие полной заводской готовности, включающее в себя котел, горелку, циркуляционный насос, регулирующую и запорную арматуру, предохранительные клапаны, термометры, манометры, датчики температуры и давления, подключенные к системе автоматики.

Автоматика котлоагрегата собирает данные с датчиков температуры на подающем трубопроводе котла, а также с датчика стратегии, установленного в гидравлической стрелке, и регулирует мощность котла горелкой. На подающем трубопроводе установлены датчики, ограничивающие максимальную температуру теплоносителя на выходе из котла. По датчику температуры на входе в котел автоматика организовывает защиту котла от холодного теплоносителя.

Трехходовой смесительный клапан на обратном трубопроводе подмешивает из подающего трубопровода теплоноситель, увеличивая температуру на входе в котел, пока она не достигнет минимально необходимого значения. Таким образом исключается конденсатообразование со стороны дымовых газов, приводящее к коррозии котла. Преимуществом трехходового смесительного клапана является его возможность при необходимости полностью перекрыть поток холодного теплоносителя, закрыв котел на внутреннюю циркуляцию до нагрева до минимально необходимой температуры. Такая работа трехходового смесительного клапана подразумевает переменный расход в котловом контуре. Для его стабилизации необходимо предусматривать гидравлическую стрелку, которая разделяет гидравлику котлового контура и контура потребителей (или греющий контур теплообменников), стабилизируя возможный дисбаланс расходов.

На подающем трубопроводе котла установлены датчики минимального и максимального давления, отключающие горелку при понижении или повышении давления. Понижение давления может вызвать вскипание теплоносителя, повышение – нарушение целостности котла. В качестве дополнительной защиты от превышения давления на котле установлены предохранительные клапаны, выбрасывающие теплоноситель из котла, тем самым снижая в нем давление.

Циркуляционный насос котлоагрегата при работе горелки работает постоянно. При выключении горелки и всего котлоагрегата насос через определенное время также выключается, а трехходовой смесительный клапан переходит в положение внутренней циркуляции. Это обеспечивает отсутствие циркуляции теплоносителя через неработающий котел.

Для компенсации температурных расширений теплоносителя к сливному патрубку котла подключают мембранный расширительный бак. При увеличении температуры теплоносителя и, как следствие, увеличении его объема, расширительный бак накапливает в себе избыточный теплоноситель. При снижении температуры происходит обратный процесс отдачи теплоносителя из бака в котел, предотвращая разрежение в нем.

Выбор сливного патрубка котла обусловлен тем, что это точка с наиболее низкой температурой. На общем коллекторе от котлоагрегатов установлен расширительный бак с промежуточной охлаждающей емкостью и предохранительным клапаном. Расширительный бак накапливает в себе тепловые расширения теплоносителя котлового контура. Подключается к обратному коллектору через промежуточную охлаждающую емкость, где теплоноситель дополнительно охлаждается, что продлевает срок службы расширительного бака. Для защиты расширительного бака от превышения давления дополнительно устанавливается предохранительный клапан.

Работа котлоагрегатов предусматривается в каскаде. Один из котлов назначается ведущим (MASTER), другой – ведомым (SLAVE). Ведущий котел всегда находится в работе. Когда он достигает максимальной мощности и приходит запрос на увеличение мощности, происходит включение ведомого котла.

Гидравлическое распределительное устройство представляет собой цилиндрический сосуд с четырьмя подключениями:

Контур ГВС

Представляет из себя независимый контур, разделенный теплообменником. На греющей стороне на подающем трубопроводе установлен трехходовой смесительный клапан, поддерживающий постоянную температуру на входе в теплообменник по датчику температуры до теплообменника. Поддержание температуры происходит путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода от теплообменника. Это означает, что температура на выходе из гидравлической стрелки всегда должна быть выше или равной температуре греющего контура ГВС.

На греющей стороне на обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос с частотным приводом. По датчику температуры, установленному на подающем трубопроводе ГВС, происходит регулировка частоты циркуляционных насосов греющего контура, а вместе с ней и расхода на греющем контуре теплообменников ГВС (количественная регулировка). При снижении температуры ГВС частота на насосах увеличивается, при увеличении температуры – частота снижается.

Поддержание давления в контуре ГВС осуществляется за счет повысительной насосной станции на вводе холодной воды.

Циркуляция ГВС обеспечивается циркуляционным насосом на обратном трубопроводе ГВС. Насос оборудован частотным регулятором и управляется по температуре в обратном трубопроводе ГВС. Если циркуляционная вода от потребителей ГВС возвращается горячей, то насос снижает частоту, уменьшая тем самым расход. Если циркуляционная вода от потребителей ГВС возвращается холодной, то частота повышается и вместе с ней расход.

Для компенсации температурных расширений ГВС предусмотрен расширительный бак, оборудованный предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления.

Насосы, арматура, трубопроводы и подключение теплообменника на нагреваемой стороне ГВС выполнены из коррозионно-стойких материалов, так как деаэрация исходной холодной воды не предусматривается.

На выпуске из котельной на контуре ГВС установлен узел учета тепла, ведущий учет отданной потребителям тепловой энергии.

Регулируемый контур отопления (вентиляции)

На подающем трубопроводе установлен трехходовой смесительный клапан, поддерживающий заданную температуру на контур потребителя. Поддержание температуры происходит путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода. Это означает, что температура на выходе из гидравлической стрелки всегда должна быть выше или равной температуре на контуре потребителя.

На обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя у потребителей. Насос работает всё время, пока включен контур с постоянным расходом.

Для компенсации температурных расширений в контуре отопления (вентиляции) предусмотрен расширительный бак, оборудованный предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления.

На выпуске из котельной на контуре отопления (вентиляции) установлен узел учета тепла, ведущий учет отданной потребителям тепловой энергии.

Нерегулируемый контур отопления (вентиляции)

На данном контуре отсутствует регулирующая арматура. Это означает, что температура в контуре будет равна температуре на выходе из гидравлической стрелки.

На обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя у потребителей. Насос работает всё время, пока включен контур, с постоянным расходом.

Для компенсации температурных расширений в контуре отопления (вентиляции) предусмотрен расширительный бак, оборудованный предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления.

На выпуске из котельной на контуре отопления (вентиляции) установлен узел учета тепла, ведущий учет отданной потребителям тепловой энергии.

Регулируемый контур радиаторного отопления котельной

Данный контур является внутренним контуром котельной, тепло от которого идет на собственные нужды.

На подающем трубопроводе установлен трехходовой смесительный клапан, поддерживающий заданную температуру на радиаторах с корректировкой по температуре внутри котельной. Поддержание температуры происходит путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода. Это означает, что температура на выходе из гидравлической стрелки всегда должна быть выше или равной температуре на радиаторах.

На обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через радиаторы. Насос работает всё время, пока включен контур, с постоянным расходом.

Для компенсации температурных расширений в контуре радиаторного отопления предусмотрен расширительный бак, оборудованный предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления.

Контур вентиляции котельной и подогрева воздуха на горение

Данный контур является внутренним контуром котельной, тепло от которого идет на собственные нужды.Представляет из себя независимый контур, разделенный теплообменником.

На греющей стороне на подающем трубопроводе установлен трехходовой смесительный клапан, поддерживающий заданную температуру на нагреваемом контуре теплообменника по датчику температуры. Поддержание температуры происходит путем подмешивания теплоносителя из обратного трубопровода от теплообменника.

На греющей стороне на обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через теплообменник. Насос работает всё время, пока включен контур, с постоянным расходом.

На нагреваемой стороне теплообменника подключено вентиляционное оборудование (вентустановка, калориферы), обеспечивающее нормируемую вентиляцию в помещении котельной и/или подогрев воздуха на горение.

В качестве теплоносителя используется незамерзающие жидкости на основе гликоля. Этим вызвана необходимость в разделении контура вентиляции теплообменником. На гликолевой стороне на обратном трубопроводе установлен циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через вентиляционное оборудование. Насос работает всё время, пока включен контур, с постоянным расходом.

Для компенсации температурных расширений в контуре радиаторного отопления предусмотрен расширительный бак, оборудованный предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления путем сброса теплоносителя. Сброс теплоносителя осуществляется в специально установленный бак запаса гликолевого раствора. Из него же осуществляется подпитка гликолевого контура специальным подпиточным насосом.

Ввод холодной воды, повысительная насосная станция, водоподготовка, бак запаса подпиточной воды

Ввод холодной воды необходим для обеспечения котельной водой на нужды ГВС, подпитки котельной и тепловых сетей, а также на хозяйственно бытовые нужды и нужды пожаротушения.

Насосы, арматура, трубопроводы и прочее оборудование до подключения к контуру ГВС выполнены из коррозионно-стойких материалов, т.к. деаэрация исходной холодной воды не предусматривается.

На вводе холодной воды установлен расходомер для расчета с поставщиками ХВС.

Далее по ходу движения холодной воды установлена повысительная насосная станция. Станция работает в режиме постоянного поддержания заданного давления после себя по датчику давления. Если давление на вводе ХВС выше или равно заданному давлению, то насосная станция не работает, вода перетекает по байпасу вокруг неё.

Для сглаживания работы насосной станции (плавности поддержания давления) и снижения количества её включений и выключений предусмотрен расширительный бак, аккумулирующий в себе воду. При повышении давления вода заполняет бак, при снижении вытесняет воду из бака, выступая в виде демпфера. Расширительный бак оборудован предохранительным клапаном, защищающим бак от превышения давления.

После насосной станции предусмотрена установка водоподготовки (химводоочистки).Подбирается по результатам анализа исходной воды и может включать в себя обезжелезивание, осветление и умягчение. На выходе из установки водоподготовки вода должна соответствовать качеству подпиточной воды для котлов и тепловой сети.

После водоподготовки вода разделяется на ГВС и подпитку котлового контура и тепловой сети контуров отопления (вентиляции). Система подпитки котлового контура и контуров отопления (вентиляции) представляет из себя комплекс из бака запаса подпиточной воды, подпиточного насоса, электромагнитных клапанов, трубопроводной арматуры и дозирующей установки. Бак запаса подпиточной воды – это атмосферный бак с установленным на нем уровнемерным стеклом. Заполнение бака ведется водой, прошедшей водоподготовку. На вводе в бак установлен электромагнитный клапан, который открывается при понижении уровня в нем до минимального. По достижении максимального уровня клапан закрывается. Сигнал об уровне воды в баке поступает от датчика, установленного в нижней части бака. В верхней части бака расположен переливной патрубок, связующий бак с атмосферой и выливающий излишки воды в аварийных ситуациях.

Вода из бака всасывается подпиточным насосом. По сигналу от датчика подпитки о низком давлении открывается электромагнитный клапан на подпиточной линии и включается подпиточный насос, заполняющий котловой контур и контуры отопления (вентиляции). Вода после бака запаса воды проходит дополнительную обработку дозирующей установкой, которая впрыскивает в подпиточную воду реагенты, связывающие кислород. Тем самым предотвращается коррозия в котельном оборудовании и трубопроводах.

Дополнительно предусмотрена система компенсации температурных расширений. Она позволяет снизить количество и объем расширительных баков на котловом контуре и контурах отопления (вентиляции). По датчику давления, установленному в трубопроводе котлового контура и контура отопления (вентиляции), приходит сигнал о повышении давления теплоносителя, после чего на ответвлении из этого трубопровода открывается электромагнитный клапан и сбрасывается теплоноситель в бак запаса подпиточной воды. Таким образом снижается давление в котловом контуре и контуре отопления (вентиляции), при этом теплоноситель, прошедший водоподготовку, сбрасывается не в канализацию, а в дальнейшем участвует в подпитке.

Источник

Business Views

Оксана Ковалевская, которая работала в водогрейной и паровой котельной, на своей страничке в Facebook опубликовала отличный рассказ о том, как устроена котельная, и какие неимоверные усилия нужно приложить, чтобы горячая вода добралась до каждой квартиры. BusinessViews публикует её пост с незначительными стилистическими правками.

ПРО ЦЕНТРАЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ.
Кратко о том из чего состоит работа котельной.
Перво-наперво, если у вас в голове образ котла выглядит как большая кастрюля на огне, из которой к вам в дома идет тепло — забудьте сразу. Котел не похож ни на котелок, ни на кастрюлю, ни на чайник и даже ни на ведро. В грубом приближении более всего котел в своем устройстве похож на газовую колонку, внутри куча тоненьких трубочек с водой, относительно равномерно подогреваемых огнем, и все это одето в чехол, только намного больше. Из-за этого «намного» начинаются первые сложности.

1. Газ

Давление газа для котельной не такое же, как для бытовых плит, оно намного выше (для жилых домов низкое давление до 5кПа, а для котельных среднее — от 5кПа до 0,3МПа), что соответственно выражается в совсем других ценах при расчетах с газовиками, кроме того требует наличия специального аварийно-контрольного оборудования и его обслуживания.

2. Вода

Для котлов не годится любая вода, требования очень специфические. В первую очередь вода должна быть очень мягкая и в больших количествах. Очистка, удаление из воды солей жесткости, производится через специальные фильтры с активированным углем и не единоразово, это постоянный процесс. Ресурс фильтров необходимо постоянно возобновлять, поваренная соль, необходимая для этого, расходуется тоннами. Если предельно просто, то выглядит это следующим образом. Делается 8% соляной раствор, которым регенерируются, читай промываются, эти самые фильтры. Процесс не перманентный, но регулярный и довольно частый. После фильтрации из воды нужно убрать кислород. В отличии от всех нас, не могущих жить без кислорода, котел не может «жить» с кислородом в воде. Для этого вода подается в деаэратор, где под воздействием температуры и давления происходит как бы ее «пастеризация», и в конце концов, только после всего вышеописанного, добирается непосредственно до котла.

3. Электричество

Но вода не просто сама по себе затекает в котел и там греется, нет. Котлу нужен вентилятор для нагнетания воздуха, и не просто вентилятор, а центробежный. Нужен дымосос для удаления продуктов горения, насосы для подачи и откачивания нагретой воды. Для постоянных замеров и контроля за всем вышеописанным необходимо дополнительное оборудование, и его много. Естественно, на всякий непредвиденный случай нужно аварийное оборудование. Кстати, все это добро потребляет электричество. Тепло до вас еще не только не дошло, но даже не направилось в вашу сторону, а воды, газа и электроэнергии израсходовано уже много. Поехали дальше.
После котла воду разбавляют. Нет, они не идиоты, но никакой котел не справился бы с объемом воды, которая циркулирует в системах отопления, поэтому меньший объем воды греют избыточно, чтобы потом разбавить и уже ее подать в отопление. Смешивание воды — это тоже насосный центр, в некоторых насосах вода под давление несколько атмосфер, запас прочности должен быть сопоставимый. Разбавляют естественно опять же не с обычной водой, хотя её уже очищают несколько меньше.

4. Трубы и радиаторы

Есть такие понятия в гидравлике — «сопротивление по длине» и «сопротивление поворота». Звучит страшно, но суть проста:. чем дальше от котельной до вашего дома и чем больше поворотов, тем хуже. Нужно больше насосов, они должны быть более мощными, тем больше риск разрыва теплотрассы. Не забывайте, что все это опять же непрерывно расходует электроэнергию и воду.
По дороге к вам вода остывает, как не изолируй теплотрассу, потери есть и будут. Конечно, их можно уменьшить, но вечного двигателя ещё не изобрели. Итак, ура, отопление дошло до вас. Но в ваших батареях с каждым годом все меньший диаметр, свободный от твердых осадков, эффективность ваших радиаторов неизбежно падает. Потом вода идет обратно в котельную, по пути остывая еще, и все начинается по новой.

В конце-концов мы успешно обогрели воздух на улице, потеряли воду в разрывах труб, истратили свет и газ — и пришли к весьма низкому результату. Такой метод был приемлем в 60 и 70-е, даже в 80-е, просто ничего лучшего для многоквартирных домов еще не было. Но сейчас? Нет, это совершенно неприемлемо и слишком дорого в содержании, тем более все мы ощущаем получаемый результат на себе.

Речь шла только о водогрейных котельных, в паровых цикл еще сложнее.

Теперь ты понимаешь, как горячая вода добирается до твоей батареи, какие ресурсы в этом задействованы. Для полноты картины представь тысячи километров труб, которые опутывают дома, и затраты, которые нужны для содержания этого хозяйства. Но содержать мало, нужно ещё и развивать, нужно вкладывать инвестиции. А откуда возьмутся инвестиции, если ты платишь копейки, а государство покрывает недостачу?

Источник