Классическая котельная для производств: система отопления с водогрейными котлами и коммунальных хозяйств

Несмотря на новшества в теплоэнергетике многие котельные разворачиваются на основе классических тепловых схем. Они надежны, эффективны, подразумевают работу во всех ненормированных режимах и хорошо себя показали на практике. Именно такие схемы отопления подвергаются несложному апгрейту. Чаще всего в их дополняют системами автоматизации. Но применяемая тепловая схема для промышленных котельных остается классической. Именно о таком традиционном проекте пойдет сейчас речь в нашем обзоре. Классическая котельная для производств может быть реализована таким образом или быть выполнена на основе современного компактного решения, как это реализуется с котлоагрегатами ФОКУС. О нем мы рассказываем дополнительно.

Несколько слов о тепловых схемах

Первому, чему учат студентов-теплоэнергетиков, является умение читать тепловые схемы. Мы уже приводили наиболее используемые условные обозначения, к ним можно перейти по ссылке в конце статьи. Но их также можно найти в соответствующих украинских стандартах, использование которых рекомендовано в инструкции к котлам ФОКУС.  Многие специалисты, не имеющие фундаментального образования не в курсе дела, что кроме значков и символов, обозначающих узлы, действуют еще и правила, упрощающие чтение схем.

Как читать тепловые схемы

Чтобы проекты читались всеми без исключения специалистами, действуют свои требования к расположению элементов на чертеже. В верхней части проекта располагаются водогрейные котлы, слева – деаэраторы, внизу – насосы (рециркуляционные и еще ниже сетевые). Под дэаэраторами помещают теплообменные контуры, а также баки с водой, подпиточные контуры с насосами, дренаж и продувочный колодец, если он предусмотрен системой. Соответственно, тепловые схемы котельных – это не одно и то же, что и схемы отопления частных домов. Как минимум, они разделены по процессам.

Многие новички, которые читают эти строки о составляющих классической котельной, могут почувствовать себя неуверенно от поставленной задачи. Особенно, когда идет речь о развертывании производственной котельной. Но если вы находитесь на нашем сайте:

• во-первых, вас интересуют компактные котлоагрегаты полупромышленного класса;
• во-вторых, наши специалисты могут оказать помощь и в проектировании производственной и коммунальной котельной мощностью до 2,2 МВт на их базе.

В современной котельной благодаря арматуре, автоматике комплектация несколько проще, чем в описываемом классическом случае. Тем не менее, как именно развертывается стандартная котельная по производственным стандартам, будет интересно знать даже неспециалистам.

Схема котельной и ее функциональность

Тепловая схема котельной с водогрейными котлами: 1 – водогрейный котел; 2 – сетевой насос; 3 – насос сырой воды; 4 – подогреватель сырой воды; 5 – химводоочистка; 6 – подпиточный насос; 7 – бак деаэрированной воды; 8 – охладитель деаэрированной воды; 9 – подогреватель химически очищенной воды; 10 – деаэратор; 11 – охладитель выпара; 12 – рециркуляционный насос.

В общем случае работа такой отопительной котельной проходит по следующему процессу. Вода по «обратке» (обратный тепловой контур) поступает в сетевой насос 2 под небольшим напором. Так как речь идет о промышленной или коммунальной системе отопления, характеризующейся большой длиной теплосетей, то подразумевается утечка или естественное испарение теплоносителя. К насосу 2 подводится вода с подпиточного насоса, компенсирующая колебания объема теплоносителя. На насос 2 подается и горячая вода, тепло которой уже использовано в теплообменниках 9 и 4 для водоподготовки очищенной и сырой воды.

В систему введен рециркуляционный насос 12. С его помощью снижаются коррозионные эффекты в системе. Этот же насос подает по рециркуляционной линии теплоноситель к потребителям тепла.

Режимы работы

Система рассчитана на работу в нескольких режимах, включая максимально зимний. Во всех режимах, кроме работы при сильном морозе, часть воды по «обратке» после насоса 2 подается в перепускную линию, минуя котел, и подающую магистраль. Она смешивается с горячим потоком и обеспечивает нормативные тепловые показатели теплоносителю.

Чтобы избежать сильного перепада температур в системе, сырая вода из насоса 3 подается на теплообменник 4 для подогрева до температуры 18–20 ºC. Затем отправляется на фильтрацию и очистку. После этого подготовленный теплоноситель подогревается теплообменными контурами 8,9 и 11, а после дэаэрируется в дэаэраторе. Отсюда (из бака деаэрированной воды 7) с помощью подпиточного насоса 6 теплоноситель подается в «обратку».

В большинстве случаев, схема производственной котельной, включая коммунальные хозяйства, выполняется проще. Однако упрощение нельзя назвать объективной необходимостью,  а часто просто является бюджетным требованием заказчика. Очевидно, что такая котельная может работать во всех непредвиденных режимах, обеспечивая потребителей безопасным теплом и сохраняя безаварийный функционал отопительного оборудования при любой эксплуатационной ситуации.

Надежность и экономичность котлоагрегатов и котельной в целом

Любой проект котельной подразумевает выбор оборудования, удовлетворяющего набору исходных условий, для проведения технико-экономического обоснования. Важной комплексной характеристикой остается надежность и экономичность. Эти параметры зависят от постоянства расхода теплоносителя и горячей воды для ГВС. При этом имеются и специфические требования, которые часто игнорируются в домашних котельных.

Классическая котельная для производств является специализированным пунктом обогрева, который должен работать даже в критических режимах. Например, промышленные котельные более чувствительны к коррозии. Она возникает при низкотемпературном водоснабжении и сернокислом контакте с продуктами сгорания.

При сжигания топлива с низким содержанием серы, вода  в конвективный теплообменник должна подаваться с температурой не менее 60 ºС. При использовании малосернистого топлива – подача теплоносителя обеспечивается с температурой не менее 70 ºС, а при высокосернистом топливе – 110 ºС. Для управления температурой подачи воды в котлоагрегат устанавливается на входе рециркуляционный насос.

В отличие от бытовых котельных промышленное нагревательное оборудование дополняется вакуумными или атмосферные дэараторами. Какие функции несет этот узел, будет рассмотрено дополнительно. В компактных котельных он встречается довольно редко.

ГВС

Горячая водоподготовка в отопительных контурах может отличаться по типу размещения теплообменников. В открытых системах теплоноситель может использоваться и для горячего водоснабжения. В закрытых системах ГВС обеспечивается с помощью вторичных теплообменных контуров.

Открытые системы более требовательны в отношении объема подпиточной воды. Ее требуется обеспечивать в объеме более 20%. Этот объем воды дополнительно надо очищать и дэаэрировать, чтобы не создавать потенциально аварийные ситуации в работе котельной. Так как расход неравномерен в течение суток, то в коммунальных системах для накопления подогретой воды используются баки-аккумуляторы. Из них в пики потребления вода подается потребителям по усиленному графику.

В открытых системах особое внимание уделяется качеству воды в ГВС, оно не должно уступать качеству питьевой воды. Если подготовка горячей воды реализуется в местных теплообменных контурах, то подключение осуществляется по следующим схемам.

Схемы присоединения местных теплообменников: а – параллельное; б – двухступенчатое последовательное; в – смешанная схема включения

Классическая котельная для производств: расчет тепловой схемы водогрейной котельной

Тепловая схема водогрейной котельной рассчитывается на основе двух балансов: теплового и материального, составляемого для каждого узла системы. Когда отсутствуют переходы теплоносителя между двумя температурными режимами (горячий и холодный), используется следующее уравнение:

где G_ох, G_н – общий расход, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кг/с; c_ох, c_н – средняя удельная теплоемкость двух видов теплоносителей теплоносителей, кДж/(кг·°C); – соответственно, начальная и конечная температуры охлаждаемого теплоносителя, °C; – начальная и конечная температуры нагреваемого теплоносителя, °C; η – КПД теплообменника.

Расчет тепловой схемы от предварительно запланированных показателей не должен давать значения более чем на 3% превышающие исходные. Это допустимая погрешность. При превышении погрешности тепловая схема проверяется на наличие ошибок, а расчет повторяют, но классическая котельная для производств должна включать описанные модули.

Условные обозначения

Заказать проект котельной для производства