Котлы жаротрубные. Водотрубные или жаротрубные отопительные котлы? Видео: Как выбрать котел для дома? Жаротрубный котел Roda RK2

В водотрубных агрегатах вода двигается внутри труб и нагревается от горячих дымовых газов. Жаротрубные водогрейные котлы устроены по-другому. Внутри в водяном объеме расположена цилиндрическая топка и жаровые трубы. В топке и трубах сжигается топливо. Выделяемое тепло передается воде.

Популярность жаротрубных водогрейных котлов сейчас возрастает. Применяются они как на производстве, так и для отопления жилых домов. Использование агрегатов не требует специальных навыков. Кроме того, их легко ремонтировать, что дает возможность долгосрочной эксплуатации. Стоимость невысока. Заводы-изготовители, как отечественные, так и иностранные, ежегодно наращивают объемы выпуска котлов такого типа.

Компоновка жаротрубных водогрейных котлов

Двухходовые
Трехходовые

Котлы первого типа образуют два хода газов: движение продуктов сгорания в топке (первый ход) и по жаровым трубам (второй ход).

Котлы второго типа обладают еще третьим ходом, когда продукты сгорания движутся в обратном направлении, развернувшись на сто восемьдесят градусов. Эти агрегаты имеют более высокий КПД по сравнению с двухходовыми. Они обладают большей поверхностью жаровых труб, а значит, лучшей теплоотдачей. Дополнительное увеличение КПД котлу может обеспечить установка экономайзера.

Недостатком жаротрубных водогрейных котлов специалисты называют низкую скорость движения воды во внутреннем объеме агрегата. Это приводит к отложениям накипи и шлама на поверхностях. Накипь ухудшает теплоотдачу и ведет к перегреву стенки трубы. Возникает дополнительная нагрузка на сварочные швы, что снижает срок службы теплового оборудования.

Особенности жаротрубных водогрейных котлов

Современные модели жаротрубных водогрейных котлов усовершенствованы настолько, что снижения эффективности их работы не отмечается:

Усиление и выравнивание теплообмена обеспечивают турбулизаторы потока.
Жаровые трубы располагаются высоко, что препятствует отложению шлама.
Конструкция обеспечивает настолько высокую скоростью перемещения теплоносителя, что накипные загрязнения не успевают образовываться.
Уникальные технологии литья и сварки ведущих производителей позволяют на десятилетия продлять срок службы отопительного оборудования.

Для долгосрочной и эффективной работы котлов с жаровыми трубами требуется хорошая очистка воды и тщательный контроль всей системы, в частности, температуры уходящей газовой смеси, потери давления, утечек в теплосетях и т.д. Автоматическая система контроля и соблюдение всех правил эксплуатации, заявленных производителем, обеспечивает бесперебойную работу тепловых генераторов в течение длительного времени.

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.

Уже более двухсот лет человечество использует жаротрубное оборудование. Такие агрегаты применяются в системах отопления на предприятиях животноводства, на различных производствах, в строительных компаниях, в воинских частях. Компактные решения нашли применение в частном отоплении - в коттеджах, на дачах и в частных домах. Современные жаротрубные котлы существенно отличаются от своих предков - они позволяют без изменения своих габаритных размеров существенно повысить уровень производительности.

В чем особенности?

Форма и внешность данных агрегатов может быть самой различной. Однако в большинстве случаев в продаже встречаются изделия цилиндрической формы. Одножаровые модели оснащены двумя емкостями-резервуарами. При этом один резервуар находится внутри другого. Эти два сегмента связаны через фланцы и паросборники.

В передней части агрегата распложена топка, а в задней установлена система отвода Чтобы паровой котел мог работать, необходимо обеспечивать ему подачу воздуха. Последний подается в принудительном порядке. Подача воздуха осуществляется под колосник при помощи вентилятора. Он зафиксирован на фронтальной площадке.

Жаротрубные котлы, работающие на газу или дизельном топливе, оснащены горелкой и трубой, через которую отводятся продукты горения. Котлы оснащаются теплообменниками - лучшим из них считается стальное изделие. Сталь не подвергается коррозийному воздействию и не деформируется по причине постоянных перепадов температуры.

Принцип действия

Эти котлы являются одним из подвидов газотрубных агрегатов, поверхность которых состоит из жаровых труб. Внутри них циркулирует жидкое или

Принцип работы жаротрубного котла очень прост. На передней части жаровых труб имеется горелка с принудительным наддувом. В ней может сгорать газ или жидкие виды топлива. Жаровая трубка - это не что иное, как топочная камера. Внутри нее эффективно сгорает все топливо, которое подается к прибору.

В процессе работы такого образуется пар. Температура пара не выше, чем 115 градусов. Давление внутри составляет не более 0,07 МПа. Такой пар подходит для отопительной системы частных домов или для использования в производственных процессах.

Виды котлов

Различают паровые и жаротрубные водогрейные котлы для помещений. Первые нагревают теплоноситель при помощи пара. Внутри для этого имеются специальные резервуары. Вторые отличаются тем, что корпус обогревается с использованием воды.

Особенности паровых котлов

Данные модели в большинстве случаев оснащаются трехходовым теплообменником. Прежде, чем продукты сгорания будут выброшены наружу в трубу, они совершают три прохода по трубам, омывающимся водой. Первым ходом является камера сгорания. Там самая большая температура. Далее газы изменяют свое направление и подаются в трубы второго хода, а затем - в трубы третьего хода. Такая схема движения полностью осуществляется за счет вентилятора и естественной тяги дымохода.

Первая труба, как уже указано - это камера сгорания. Вторая служит для отвода нагретой воды в систему горячего водоснабжения. Третья обеспечивает работу отопительной системы.

Уровень воды в баке парового жаротрубного котла нестабилен. В процессе эксплуатации вода может выкипать и в форме пара поступать внутрь, где при помощи сепаратора отделяются капли. Это обязательный процесс. Иначе будут происходить гидроудары, что не лучшим образом скажется на работе оборудования. Владельцы должны постоянно контролировать, сколько воды находится в котле.

Большая часть таких агрегатов применяется в промышленных и технологических процессах, когда нужна максимальная энергоэффективность. Котлы такого типа создают огромное количество тепла для обогрева топливных баков, деаэраторов, турбин.

Водогрейные агрегаты

Конструкция представляет собой корпус и крышки - переднюю и заднюю. Также есть трубы для отвода газов, опоры. В корпусе имеется камера сгорания в виде жаровой трубы с скругленным дном. Внутри есть конвективная зона. Дополнительно котел покрывается специальными материалами для теплоизоляции.

Газы здесь меняют направление и возвращаются во фронтальную часть. После того, как они отдадут тепло воде или другому теплоносителю, они будут выведены в дымоход.

Электрические паровые котлы

Мы рассмотрели принцип работы жаротрубных котлов, работающих на газе или жидком топливе. Но существуют также и электрические агрегаты. В отличии от аналогов, требующих газ или жидкое топливо, электрические устройства не сжигают кислород в воздухе и не нуждаются в запасах горючего. Многие модели оснащаются автоматикой и системами дистанционного управления. Такие модели гораздо выгодней, чем их газовые или дизельные аналоги.

Котлы-утилизаторы

Для производственных процессов используют специальные жаротрубные котлы, в которых нет привычной камеры сгорания. Для приготовления пара в этих моделях используется тепло, которое вырабатывается в результате различных процессов. При небольших нагрузках применяют газотрубные решения.

Для промышленности обеспечивается снижение выбросов опасных продуктов в открытый воздух, значительно снижаются затраты на очистку газов, обеспечивается возможность использовать недорогое топливо для отопления.

Водотрубный и прямоточный паровой агрегат

Жаротрубный котел и водотрубный котел отличаются друга от друга. Водотрубный - прямая противоположность жаротрубному агрегату. По тому, как работают эти решения, выделяют водотрубные и прямоточные.

Паровой барабанный котел имеет в конструкции топочного экрана трубы, соединенные с барабанами среднего поперечника. Вода или другой теплоноситель несколько раз циркулирует по ненагретым трубам, улучшая теплопроводность. Барабаны представляют собой резервуары, внутри которых разделяется вода и пар. Циркуляция в барабанах может быть как принудительная, так и естественная.

В прямоточном котле барабан отсутствует. Это не что иное, как змеевик, находящийся внутри топки. Теплоноситель в змеевик нагнетается при помощи насоса. Вода в водотрубном котле течет через трубки испарителя и превращается в пар. В переходной зоне процесс образования пара заканчивается, и затем он подается в пароперегреватель.

Эти котлы являются разомкнутой гидравлической системой и могут функционировать при давлении больше или меньше, чем заданное.

Среди основных преимуществ можно выделить высокую скорость подогрева, отличную циркуляцию, КПД выше, чем у жаротрубных котлов, защиту от перегревов, возможность использовать различные виды топлива, компактные размеры.

Особенности эксплуатации

Принцип жаротрубного котла основан на приготовлении пара. Поэтому агрегат требует должного отношения. Нужно регулярно следить за стабильностью работы. Производитель указывает требования по безопасности.

Основные пункты - это накипь и отложения. Они часто являются причиной выхода оборудования из строя. Из-за особенностей конструкции трубопровода, отложения скапливаются внутри неравномерно, что может вызвать перегрев.

За счет того, что котел стальной жаротрубный использует для работы большее количество воды в отличии от водотрубного аналога, то существует риск взрыва. Строение труб понижает скорость циркуляции теплоносителя - образуются так называемые застойные зоны.

Обслуживание котла - это своевременная замена теплообменников, регулярная чистка, контроль за работой. Если следовать инструкции, то котел будет работать больше заявленного производителем срока.

Плюсы и минусы

Основное преимущество этих решений - это автономность. При помощи доступных агрегатов можно собрать отличную, простую в использовании отопительную систему. Если есть необходимость, трехходовые жаротрубные котлы могут нагревать воду для горячего водоснабжения. Многое зависит и от выбора топлива - перед покупкой стоит ориентироваться на модели, работающие на газу, дизеле и электричестве.

Топливо и материалы, из которых изготовлен котел, существенно влияют на срок службы. В среднем, срок эксплуатации составляет от 20 до 50 лет. При необходимости можно осуществлять ремонт. Автоматика и электроника дает возможность настраивать температуру и удерживать ее на постоянном уровне.

Среди недостатков отзывы выделяют необходимость в постоянном контроле и обслуживании. Через некоторое время котел требует новую закладку топлива. Особенно это касается моделей, работающих на твердом топливе. Иногда приходится чистить камеру сгорания от копоти и шлака, прочищать дымоход.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляют жаротрубные котлы. Эти агрегаты являются отличной заменой традиционным газовым. Но при эксплуатации есть определенные неудобства. Главный плюс данных агрегатов заключается в автономности и универсальности. Также конструкция поддается ремонту и сравнительно несложная. Оборудование подходит для приготовления горячей воды. И пусть для многоквартирного дома подобные системы не слишком актуальны, для загородных домов и коттеджей это доступное отопление.

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.

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.

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.

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.

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:

Изучаем документацию и схемы устройства.
Выполняем поиск проблемного участка и локализуем его.
Проводим зачистку поверхности возле трещины до чистого металла на ширину 15-20 мм.
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.
Зачищаем шов до блеска и смотрим на его качество. При необходимости устраняем недоделки: не проваренные участки и раковины.
Проводим испытания котла.

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.

Жаротрубные котлы предназначены для получения насыщенного пара температурой не более 115 0 С и давлением не более 0,07 (0,7) МПа (кгс/cм 2) на технологические процессы в животноводстве, птицеводстве (тепловая обработка кормов, пастеризация молока и т. п.) и для других тепловых нужд в хозяйстве. Их используют также строительные организации, воинские части, мясокомбинаты, консервные заводы, автоколонны, ДСУ, хлебозаводы, мелькомбинаты, маслосырзаводы, птицефабрики, свинокомплексы, в нефтегазовой промышленности.

Жаротрубные котлы работают на следующих видах топлива:

дрова;
уголь;
дизель;
мазут.

Жаротрубные котлы. Принцип работы

Физический принцип действия жаротрубного котла основан на сжигании топлива в топке котла и дальнейшая передача тепловой энергии сгоревшего топлива при помощи теплообменника теплоносителю.

Топливо сгорает в топочной части котла, окруженной водяной охлаждаемой рубашкой. Дымовые газы проходят через трубный пучок, соединяющий верхнюю и нижнюю часть водяной рубашки и выходят в верхней части котла.

Пар образуется при испарении нагреваемой воды и собирается в верхней части котла в паросборной камере, затем через паропровод направляется потребителю на технологические нужды.

Жаротрубные котлы. Конструкция

Жаротрубные котлы представляют собой одножаровую горизонтальную конструкцию и состоят из двух цилиндров разного диаметра, вставленных один в другой и соединенных между собой фланцами и паросборником. В передней части жаровой трубы размещена топка, а в задней части - конвективный пучок труб.

К фронтовой стороне паровых котлов крепится фронтовая плита, имеющая крепление для установки вентилятора, который служит для принудительной подачи воздуха в подколосниковое пространство и форсирования процесса горения, либо плита с отверстием и креплением для установки горелки и сжигания газового или жидкого топлива. Удаление продуктов сгорания происходит через сборную дымовую трубу. Котел оборудован внутрикотловыми сепарационными устройствами для осушения пара.

Жаротрубные котлы. Эксплуатационные характеристики

Значительный объем воды в жаротрубном котле, с одной стороны, способствует устойчивости давления при больших колебаниях в потреблении пара, но, с другой стороны, делает котел взрывоопасным. Благодаря высокой теплоаккумулирующей способности воды сравнительно небольшие колебания давления быстро восстанавливаются переходом части воды в пар за счет излишней теплоты воды, так как пониженное давление пара над водой не соответствует температуре ее кипения.

Поэтому при резком падении давления в результате даже незначительного повреждения барабана эта излишняя теплота может привести к мгновенному испарению огромных количеств воды и взрыву котла.

Установка жаротрубных котлов требует повышенных капитальных затрат из-за большой площади, занимаемой ими. Достоинством этих котлов является простота обслуживания, нетребовательность к качеству питательной воды и устойчивость давления.

Котельный завод "Росэнергопром" производит и реализует жаротрубные котлы различных моделей. Купить жаротрубный котел можно сделав заявку на сайте котельного завода. Транспортирование котлов и другого котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана