Котел с плоскими поверхностями нагрева

С недавних пор в новых котельных стали применять схему по которой сетевые насосы установлены не до, а после котлов по ходу воды, которая позволяет исключить давление в котлах, что может кардинально изменить конструкцию котлов, упростить их изготовление, улучшить характеристики. В таком котле наряду с трубами применимы плоские поверхности нагрева, образующие ходы для движения нагреваемой воды. В свою очередь плоские поверхности нагрева со стороны воды можно оснастить рифлением, что улучшит теплообмен за счет турбулизации потоков воды. Конструктивно такой котел представляет из себя металлический бак в котором металлическими стенками отгорожены топка и газоходы, в которых находится трубная часть поверхностей нагрева, а с другой стороны стенок топки и газоходов вода, движущаяся по своим ходам, которая омывает стенки, охлаждает их и нагревается. Преимуществами таких котлов будут: простота изготовления и ремонта, снижение требований к материалам и изготовлению со стороны органов надзора, более эффективная работа аппаратов виброочистки, что может дать возможность работы на сырой воде в безнакипном режиме, некоторые другие улучшения.

Водогрейный котел предназначен для нагрева воды, используемой для отопления и горячего водоснабжения.

Областью применения водогрейных котлов являются теплоэнергетика и, как часть ее, имеющая широкое распространение, отопительная техника в коммунальном хозяйстве, промышленности, на объектах сельского хозяйства.

В настоящее время существует большое количество конструкций водогрейных котлов в большом диапазоне мощностей (от 300 кВт и менее до 58 мВт и более), которые используются для отопления отдельных зданий и городов. Процесс нагрева воды в существующих котлах вызывает необходимость ее обработки, которая требует работы водоподготовительного оборудования. Из этого ряда мощностей можно выделить котлы с температурой нагрева воды до 95 градусов: КВГ, КСВ, ЗИОСАБ и другие, выпускаемые заводами с присвоением котлам своего заводского наименования. Все выпускаемые котлы работают под давлением воды, в силу чего в котлах применяются цилиндрические поверхности нагрева: трубы, барабаны, коллектора. При этом применяются материалы и методы изготовления, обеспечивающие прочность котла при работе под давлением. Это усложняет конструкцию и удорожает их производство и ремонт, а наличие давления является источником повышенной опасности.

В системах теплоснабжения с теплоносителем «вода» много лет применяется схема, где сетевые насосы подают воду в котлы и далее к потребителям. Однако, в последнее время появились котельные, где сетевые насосы установлены за котлами (по ходу воды), т.е. они подают уже нагретую воду, которая, возвращаясь от потребителей, сначала поступает в котлы, а затем вновь в сетевые насосы. Применяемые в теплоснабжении давления и температуры воды в ряде случаев позволяют применять такую схему.

Эта схема допускает работу котла без избыточного давления с нагревом воды до 95 град. (с таким пределом по температуре работают котлы малой и средней мощности). В этом случае котел уподобляется баку, сообщающемуся с атмосферой, из которого насосом подают воду потребителям, где она распределяется, используется, собирается и возвращается в бак. Если этот бак сделать так, чтобы он имел пространство для топки и газоходов, ходы для воды с поверхностями нагрева, то получится водогрейный котел, работающий под давлением столба воды, находящейся в нем. В таком котле вода может циркулировать как по трубам, образующим поверхность нагрева, так и по ходам прямоугольного сечения, образованным металлическими стенками и тоже являющимися поверхностями нагрева. В таком котле давление (столб воды) допускает применение плоских поверхностей. Последовательность ходов воды, сечения ходов и их количество, другие особенности должны определяться при разработке конкретной конструкции котла.

При работе системы теплоснабжения по такой схеме давление воды будет максимальным после насоса и постепенно падать по мере удаления от насоса, а поступив в бак (котел!) станет равным давлению в нем - атмосферному. Для сохранения равенства потоков до и после котла необходима подпитка системы, т.е. поддержание уровня в котле, установленного его конструкцией. В целях предупреждения поглощения водой кислорода из воздуха сообщение котла с атмосферой следует выполнить через гидрозатвор.

Котел будет иметь некоторое гидравлическое сопротивление, величину которого определяет характер движения воды по ходам, что можно предусмотреть при конструировании котла. В крайнем случае возможна установка насоса до котла с напором равным высоте столба воды, находящейся в котле, что компенсирует гидравлическое сопротивление. Скорость движения воды в котле должна обеспечивать охлаждение поверхностей нагрева и одновременный ее нагрев до нужной температуры - это определяется расчетом, учитывающим скорость теплообмена в различных частях котла между водой с одной стороны, пламенем в топке и дымовыми газами с другой. Надежность охлаждения металла котла сравнима с надежностью кастрюли с водой, поставленной на огонь.

Плоские поверхности нагрева можно со стороны воды оснастить неким рифлением, турбулизующим поток воды, что улучшает теплообмен за счет перемешивания нагреваемой воды. Такой принцип использован в пластинчатых теплообменниках. Можно использовать обычную листовую рифленую сталь, поскольку форму и размер рифления для поверхностей нагрева еще нужно определить.

Конкретные конструкции котлов могут быть разработаны для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлив.

Использование котлов без давления решит следующие задачи:

1. Упростит изготовление и ремонт.

2. Упростит (снизит) требования к материалам и изготовлению.

3. За счет большей доступности поверхностей нагрева для виброочистки может обеспечить работу котла на сырой воде в безнакипном режиме.

4. Повысит теплопередачу за счет турбулизации потока воды в ходах прямоугольного сечения.

5. Увеличит площадь тепловосприятия за счет отсутствия зазора между труб, прилегающих к обмуровке.

6. Дает возможность избежать коррозию по фактору «точка росы».

7. Упростит внутренний осмотр.

8. Снизит контроль со стороны надзорных органов.

Конкретные конструкции котлов без давления различной мощности могут быть разработаны специализированными институтами (ВТИ, ЦКТИ и другими), а также КБ на заводах-изготовителях котлов. По этим проектам допустимо изготовление на предприятиях, где осуществляется разметка, резка и сварка металлов. Такие котлы найдут применение для отопления отдельных зданий, групп зданий, городских кварталов, там, где затруднено отопление от ТЭЦ.

Водогрейный котел с поверхностью нагрева, отличающийся тем, что заполнен водой до конструктивно определенного уровня, постоянно сообщается с атмосферой и работает под давлением столба воды, находящейся в нем, имеет поверхность нагрева в виде труб и листов металла, соединенных между собой в сообщающиеся ходы для направления движения воды.