Устройство и виды жаротрубных котлов

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

Устройство и принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды жаротрубных котлов

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

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

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:

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

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.