Конструкция газового котла: Устройство газового котла. Настенного, напольного, двухконтурного

Рис. 1.

Водонагреватели, используемые для непитьевой воды, также назывались и до сих пор называются бойлерами, даже несмотря на то, что они могут не кипятить воду и не генерировать пар. Аналогичной конструкции был водогрейный котел.

По мере разработки новых материалов, топлива, систем управления и усовершенствованных производственных процессов основные конструкции котлов менялись.

В настоящее время на рынке преобладают три типа котлов: жаротрубные котлы, водотрубные котлы и чугунные секционные котлы. (Есть и другие, такие как беструбные стальные и электрические котлы, но они составляют очень небольшую долю рынка котлов.) Трубчатый», «Гнутая трубка» и т. д., но основная конструкция каждого типа остается неизменной.

Рисунок 2.

Многие компании получают доход от того, что котлы выходят из строя. Некоторые котлы все еще могут быть сделаны некачественно, но большинство котлов хорошего качества и хорошо сделаны. К сожалению, условия, в которых работают многие котлы, не идеальны. Неудачи, на которых держится бизнес по ремонту и замене котлов, по большей части связаны с плохим обслуживанием и неблагоприятными условиями эксплуатации. Основными причинами выхода котла из строя являются:

1. Подача сырой воды

2. Резкие изменения рабочей температуры котла

3. Слишком низкая температура дымовых газов

(Мы не говорим о отказах горелки или управления котлом. сам.)

Гидравлическая система горячего водоснабжения является «закрытой системой», по крайней мере, так должно быть. Система становится «открытой», когда в системе есть утечки или расширительный бак забивается водой, в результате чего предохранительный клапан открывается каждый раз, когда температура системы повышается, вытесняя расширившуюся воду. Для восполнения потерянной воды клапан подачи открывается и подает в систему «сырую» воду. Даже в небольших количествах сырая вода вызывает проблемы. Характер этих проблем зависит от качества сырой питательной воды. Если сырая вода является «мягкой», она будет иметь высокую электропроводность, высокое содержание кислорода и низкое значение pH. Мягкая вода воздействует на металлические поверхности котла, трубопроводы и излучение. Происходит коррозия, и частицы твердого материала разносятся по системе. Взвешенные вещества всегда выпадают в месте наименьшей скорости, которым обычно является котел. В котле накапливается шлам. Шлам отрицательно влияет на чугунные и водотрубные котлы. Шлам оседает в самой нижней части котла, которая является наиболее интенсивно сжигаемой поверхностью всего котла. Накопление шлама в этих критических точках препятствует надлежащей передаче тепла воде и приводит к трещинам в сечениях и выходу трубы из строя. В случае с жаротрубным котлом шлам оседает в барабане, который не сжигается и не причиняет вреда.

Если поступающая вода является «жесткой», то последствия будут несколько иными. Минералы, образующие накипь, выпадают в осадок и накапливаются на самых горячих поверхностях. Накопление накипи толщиной всего 1/16 дюйма заметно снижает теплопередачу. К результатам использования «жесткой воды» относятся участки с трещинами в чугунном котле и прогоревшие трубы в водогрейных и жаротрубных котлах.

Паровые котлы с потерями конденсата, особенно технологические котлы с большими потерями конденсата, некоторые даже без возврата в котел, должны иметь системы очистки подпиточной воды, предназначенные для добавления химикатов в подпиточную воду для поддержания определенного Уровень pH, обычно между 7,5 и 8,5 pH, слабощелочной. Другие устройства могут использоваться для «очистки» подпиточной воды перед ее вводом в котел.

Когда количество подпиточной воды превышает 25% от общего объема подачи, также необходим деаэратор для удаления кислорода и углекислого газа из воды. Они вызывают коррозию. Когда подпиточная вода превышает 50 % подачи, необходим предварительный нагрев подпиточной воды.   Предварительный нагрев обычно можно выполнить с помощью деаэратора. Обычно отработанный пар используется для предварительного нагрева питательной воды до 200-210°F. Быстрая подача холодной воды в паровой или водогрейный котел повредит котел. Системы должны быть спроектированы так, чтобы предотвратить попадание холодной воды, чтобы предотвратить «шок» котла. Быстрое охлаждение бойлера вредно во многих отношениях. В случае чугунных котлов это создает механическое напряжение из-за дифференциального расширения смачиваемых секций, что приводит к трещинам в секциях. В водотрубных и жаротрубных котлах различное расширение труб приводит к растяжению труб и утечкам. Холодная вода может также вызвать конденсацию продуктов сгорания на поверхностях, подвергающихся воздействию холодной воды и дымовых газов. Это вызывает коррозию металлов на стороне дымохода котла.

Электрошок водогрейного котла встречается чаще, чем многие думают. Обычно это происходит из-за плохой конструкции системы, неправильной установки или вмешательства в систему управления после установки. Фактически, это настолько распространено, что Американская газовая ассоциация (AGA) требует, чтобы следующее заявление было включено в инструкции для каждого газового котла с печатью одобрения AGA.

«К котлам должны прилагаться подробные печатные инструкции, в которых должно быть указано и показано, что котлы при использовании в сочетании с холодильными системами должны быть установлены таким образом, чтобы охлаждаемая среда подавалась параллельно отопительному котлу с соответствующими клапанами для предотвращения вход в отопительный котел».  

В то время как вышеизложенное явно относится к системам отопления-охлаждения с чиллером, утверждение продолжается для любой ситуации, когда холодная вода может циркулировать через бойлер.

На протяжении многих лет котлы становились все меньше и меньше по своим параметрам — особенно водогрейные котлы, но даже паровые котлы. Следовательно, они содержат меньше воды. Усовершенствованные горелки, поверхности с улучшенной теплопередачей и быстродействующие средства управления позволили спроектировать котлы физически меньшего размера и сохранить номинальную мощность. Конечно, стоимость также была движущим фактором. Снижение содержания воды имеет свои преимущества.

Большое содержание воды в котле заставляет его медленно реагировать на запросы системы. Может быть долгое время прогрева. Часто это приводит к постоянному поддержанию котла в горячем состоянии в ожидании запроса системы. Эти периоды ожидания могут быть дорогостоящими с точки зрения топлива. Медленная скорость изменения температуры или давления была необходима с доступными в то время средствами управления. Средства управления были медленными, менее отзывчивыми, чем сегодня. Системы управления теперь быстро реагируют на изменения, благодаря чему котел с низким содержанием воды работает так же плавно, как и раньше.

Как было отмечено, одной из основных причин образования отложений шлама в водогрейных котлах является низкая скорость в котле. Если бы в котле можно было поддерживать более высокую скорость, частицы, образующие шлам, не выпадали бы из котла. Это было хорошо известно, но перемещать много воды в котле было нецелесообразно по двум причинам. Для перемещения огромного количества воды потребуется огромный и дорогой насос. Электроэнергия для работы такого насоса увеличит расходы. Другие системные проблемы могут быть вызваны «перекачиванием» для увеличения скорости в котле.

Например, горизонтальный водотрубный котел мощностью 1 000 000 БТЕ/час, содержащий 41 галлон воды, обычно имеет расчетную скорость системы 4 фута в секунду, что является обычным расчетным показателем. Это приведет к скорости в котле всего 0,145 фута в секунду. Чтобы увеличить скорость в котле до 4 футов в секунду, насос должен двигаться со скоростью около 2350 галлонов в минуту. Для этого потребуется двигатель мощностью 30 л.с. насос с 10-дюймовым входом и выходом. Такой насос будет стоить около 3500 долларов! (Если котел представляет собой чугунный секционный или жаротрубный котел, ситуация усугубляется.) Современный водогрейный котел мощностью 1 000 000 БТЕ/ч может содержать всего два с половиной галлона воды. Использование такого котла в одной и той же системе без каких-либо различий в насосе, используемом для низкоскоростного котла с высоким содержанием воды, приводит к скорости 7 футов в секунду в котле с низким содержанием воды.

Водогрейные котлы с низким содержанием воды по своей природе являются более безопасными котлами. Бойлеры время от времени убегают и взрываются. Правда, два и более предохранительных устройства должны выйти из строя одновременно, но это случается. Когда это происходит, происходящее разрушение прямо пропорционально количеству воды в котле. Подумайте о том, что происходит, когда взрывается бытовой водонагреватель на 30 галлонов с низкой теплоотдачей. Опасность заключается в энергии, запасенной в воде, а не в подводе тепла!

Если бы наш котел с 41 галлоном воды взорвался при давлении 500 фунтов на квадратный дюйм, это было бы эквивалентно взрыву 25 фунтов динамита — незапланированное перемещение котла на парковку вашего соседа! Взрывная сила связана с количеством воды, которое может внезапно превратиться в пар.

 В процессе передачи тепла от горячих газов к воде в котле встречаются две преграды тепловому потоку: газовая пленка со стороны топки и жидкая пленка со стороны воды. Вода имеет тенденцию образовывать застойную жидкую пленку, которая прилипает к металлическим поверхностям. Эта пленка действует как изолятор. Высокая скорость помогает удалить эту пленку, а теплопередача воде значительно улучшается. Улучшение может достигать от 4 до 10 раз на квадратный фут поверхности.

Не так давно котельники делали только котел; то есть «мокрая» часть. Другие предоставили топку, горелки, отделку, элементы управления и т. д. Покупатель котла использовал квадратные футы поверхности нагрева на мощность котла в качестве средства сравнения того, что сделал один производитель котлов с другим производителем котлов. Покупатели считали, что чем больше площадь поверхности котла, тем лучше он должен быть. Покупатель купил максимальное количество квадратных футов, которое он мог получить за свои деньги, в необходимом размере. Затем к котлу добавили горелку, органы управления, отделку и т. д., и он загорелся. В некоторых случаях возникали серьезные проблемы из-за несоответствия компонентов.

Практика покупки площади поверхности привела к мысли, что чем больше площадь поверхности котла, тем больше тепла он извлекает из пламени и тем эффективнее. Меньше тепла уходит в вентиляционную систему. Это правда, насколько это возможно. При прочих равных, увеличение поверхности теплопередачи котла снизит температуру дымовых газов, повысив эффективность. Однако слишком сильное понижение температуры дымовых газов может быть опасным. Котел может быть слишком эффективным.

Дымовые газы должны выходить из котла с достаточным количеством тепла для выполнения двух жизненно важных функций; поддерживать столб газа в вентиляционной трубе или дымоходе достаточно горячим, чтобы поддерживать хорошую тягу и компенсировать тепловые потери вентиляционных систем.   Если дымовым газам не хватит тепла для выполнения обеих этих задач, то в самый холодный период продукты сгорания будут попадать обратно в котельную. Эта утечка снизит содержание кислорода в воздухе для горения, что приведет к сжиганию богатого топлива с образованием избытка CO 9 . 0047 .

Кроме того, дымоходы содержат большое количество влаги. Дымовые газы должны быть достаточно горячими, чтобы система вентиляции и котел находились выше точки росы, иначе в системе вентиляции будет конденсироваться влага. Этот конденсат представляет собой кислоту и вызывает коррозию. Дымовые газы газового котла обычно должны находиться в диапазоне от 305 до 410 ° F выше температуры окружающей среды. Около 80% эффективности сгорания является верхним пределом безопасной практики.

В современном «комплектном» котле практически устранено несоответствие котлов и горелок. Комплектные котлы поставляются с горелками, отделкой, органами управления и т. д. Очень большие котлы, которые строятся на месте, обычно очень хорошо спроектированы. Если в настоящее время встречаются низкие температуры дымовых газов, это обычно происходит из-за вмешательства на месте, например, снижения мощности горелки в попытке сэкономить топливо или изменений в системе вентиляции.

Правильно подобранный, установленный и обслуживаемый котел прослужит более 25 лет. Нет ничего необычного в том, что котлы все еще находятся в удовлетворительном состоянии после 50 лет службы.

Подводя итог:  

•  При расчете нового котла, будь то паровой или водогрейный, подберите котел к нагрузке и добавьте 10% коэффициент безопасности.
•  Для водогрейных котлов в закрытых системах следуйте рекомендуемым процедурам первоначального запуска. Держите систему закрытой. Своевременно устраняйте все протечки и залитые расширительные бачки. Избегайте попадания сырой воды в систему. Не сливайте и не заполняйте систему без необходимости! Если необходимо слить воду из системы для выполнения ремонта, выполните процедуры запуска после повторного заполнения системы.
• Если используется система охлажденной воды, убедитесь, что охлажденная вода никогда не попадет в котел.
•  Паровые котлы с потерей конденсата должны иметь добавочную воду , обработанную и предварительно подогретую , если происходит потеря большого количества конденсата.
• Паровые котлы следует периодически останавливать, осушать и очищать влажную сторону от шлама и накипи. Даже с очищенной подпиточной водой и предварительным нагревом паровые котлы нуждаются в периодической очистке. Это будет варьироваться в зависимости от использования, частоты продувки и качества подпиточной воды.

  No related posts.