Газовые промышленные котлы: модели и характеритики

Любое промышленное предприятие, независимо от его профиля и размеров, нуждается в тепле для обогрева производственных площадей. Больше того, многие технологические процессы зависят от наличия тепловой энергии, для вырабатывания которой традиционно применяются промышленные газовые котлы. Тепловая энергия поступает на производство в двух видах: горячая вода или пар.

Условия: централизованный магистральный газ

Функционирует промышленное оборудование на централизованном магистральном газе, который подается из центральных прямых систем газоснабжения в городе, населенном пункте. Такие установки чаще всего применяются в помещениях следующих объектов:

• склады;
• цеха;
• центральные точки отопления коммунальных служб;
• административные здания, офисы, корпуса;
• крытые полигоны, площадки и прочие широкие площади помещений.

Газовое топливо считается наиболее недорогим, чем все остальные, поэтому и оборудование по экономии превосходит твердотопливные или иные установки. В устройстве вмонтирована специальная газовая горелка, непосредственно подающая газ, а также имеется специальный теплообменник, сделанный из высококачественной меди.

Также в конструкции имеется насос для подачи воды (пара), манометр для измерения показателей давления, термометр, показывающий оптимальную температуру нагрева и основное – бак, в который подается жидкий теплоноситель – вода. К этому стоит добавить систему безопасности, которой сейчас снабжаются практически все модели современных газовых котлов промышленного типа.

Виды используемого топлива

Выбор вида топлива определяется его доступностью в данной местности, стоимостью, сложностью эксплуатации и обслуживанием промышленного оборудования, преобразующего его в тепло. В конечном счете решает бюджет, цена котельной установки и срок окупаемости, а производители оборудования готовы предоставить любое решение проблемы.

Твердое топливо

До сегодняшнего дня одним из основных энергоресурсов для получения электроэнергии и тепла в промышленности и коммунальном хозяйстве является твердое топливо:

• уголь всех видов;
• дерево и его производные;
• торф.

Стоимость 1 кВт тепловой энергии, производимой на твердотопливном оборудовании, в среднем в 2 раза выше, чем у газа. Однако высокий уровень автоматизации современных промышленных котлов доводит КПД до 92%, а в районах, где твердое топливо доступно и почти бесплатно (например, на крупных предприятиях деревопереработки), после того, как окупятся расходы на оборудование, затраты на тепло будут минимальны.

Так выглядит твердотопливный промышленный котел на 1000 кВт.

Применение твердого топлива в промышленных котлах для получения тепла может сделать процесс полностью независимым от электросетей, но зольность и дым нарушают экологию и не позволяют окончательно автоматизировать процесс. Отходы приходится утилизировать. На мощность оборудования сильно влияет влажность сырья, что ведет к необходимости создания надежных складов временного и сезонного хранения, а также организации его доставку к котлу.

Совершенное современное оборудование, работающее на твердом топливе, делают его еще очень востребованным на долгое время, но на практике такие котлоагрегаты довольно редкие и крайне дорогостоящие. Если используется промышленный твердотопливыный котлоагрегат, это, как правило, относительно простая модель локального производителя.

Жидкое топливо и газ

Стоимость 1 кВт тепловой энергии при использовании в качестве топлива природного газ из трубопровода является одной из наименьших. Газовый агрегат по минимуму загрязняет атмосферу продуктами сгорания, поэтому перевод ТЭЦ на газ вместо угля во многих странах – актуальная задача. Котлы, использующие газ в качестве основного топлива наиболее совершенны в автоматизации процесса горения и достигают КПД 95%. Скорость нагрева теплоносителя газом высокая, что позволяет быстро отапливать большие по объему производственные помещения. Слабым местом является угроза взрыва, поэтому вопросы безопасности в производстве и обслуживании такого оборудования – одна из главных задач.

Требования, используемые материалы и техники обмуровки котла, повышающей безопасность при эксплуатации

Использование дизельного топлива для производства тепла очень дорого и возможно, чаще всего, как резервное в системах, где отключать отопление нельзя (на Севере, в детских садах и больницах). Другие нефтепродукты тоже редко используются для производства тепла ввиду их опасности для экосистемы и высокой цены. Исключением является отработанное моторное масло – наиболее дешевый тип жидкого топлива. При использовании специальных горелок в универсальных котлах оно утилизируется и дает тепло, но сгорает с минимумом выбросов лишь при крайне грамотной настройке оборудования.

Производители промышленного котельного оборудования создают универсальные котлы, где в придачу к основному топливу с помощью специальных опций можно сжигать несколько видов жидкого или биотоплива.

Виды котлов: водогрейный, паровой пиролизный

В зависимости от того, будет ли обогреваться устройство ангар или небольшой склад, предусматривается два варианта подачи отопления – паром или горячей водой. Чтобы отопить производственную площадь в помещении чаще всего пользуются водогрейными котлами. А паровой пиролизный вариант хорошо подходит для жилых зданий, небольших размеров помещений. Какой из них больше экономичный, а какой – затратный, следует рассчитывать индивидуально, исходя из параметров площадей, принципа и устройства каждой модели в отдельности.

Отопительный котел Protherm Бизон NO 100

О теплообменниках

Патрубки нужны для входа и выхода теплоносителя. Трубы могут не формировать полную окружность, иногда они располагаются полукругом и ориентируются над горелкой. Такая конструкция позволяет улучшить аэродинамические характеристики внутри агрегата и способствует эффективному использованию тепла продуктов сгорания, уходящих через дымоходную трубу. Теплообменники обоих описываемых видов изготавливаются из материалов, которые обладают высоким коэффициентом теплопроводности.

Дополнительно: автоматическое управление котлом, автоматическая закладка топлива

Усовершенствование газовых промышленных котлов заключается в том, что в них имеется автоматическое управление, а также – автоматическая «закладка» топлива.

Автоматика состоит из следующих элементов:

• блок управления;
• элементы, контролирующие работу котла – датчики, клапаны, управление с встроенным микропроцессором;
• элементы системы безопасности работы котла – предупреждают о протечках, перепадах давления, увеличении температуры и прочее.

Благодаря этой системе можно проконтролировать подачу энергоносителя, отключение, розжиг пламени, стабильность, равномерность распределения давления в системе. И другое. Этим самым также достигается существенная экономия потребления газа.

Системы дымоотвода

Система дымовентиляции котельной служит для создания разряжения в газовом тракте котлоагрегата и выводе дымовых газов из котла в атмосферу . Она состоит и дымососа, вентилятора, дымоходов и дымовой трубы.

Контрольно-измерительные приборы и автоматика безопасности (КИПиА) предназначены для контроля за работой установки по режимным картам, регулировки нагрузки котла и обеспечения безопасной эксплуатации оборудования.

Во всех современных котлоагрегатам установка КИПиА является обязательным требованием, в соответствии с нормами и правил по эксплуатации котельных установок.

Защита котельного оборудования срабатывает с включением звуковой и световой сигнализации для оповещения оперативного персонала.

Параметры защиты КИПиА:

• отрыв факела в котле;
• высокое давление пара, газа, воды;
• низкое разряжение в топке котла;
• отключение электроэнергии;
• низкий уровень воды в котле;
• низкое давление воздуха, воды и газа.

При срабатывании сигнализации, через короткое время, если оперативный персонал не исправил сбой, котел останавливается системой КИПиА, через принудительное отключение подачи газа в топку.

Преимущества, недостатки

Преимуществом использования промышленных газовых котлов в таких областях, как сельское хозяйство, производства, административные или жилые здания, является легкий монтаж и долгосрочная эксплуатация без капитального ремонта. Но есть и другие плюсы, которые заключаются в следующем:

1. Коэффициент теплоотдачи высок, боле коэффициента потребления.
2. Теплоноситель в таких котлах не требуется доводить до кипения, что исключает возникновение рисков нарушения целостности самой отопительной системы.
3. Работа на разных видах жидкого энергоносителя без существенных потерь.
4. Движение жидкости прямоточно.
5. Регуляторы климатических изменений контролируют работу системы.
6. Контрольно-измерительный комплект приборов входят в комплектацию котла.
7. Отлично монтируются в блочно-модульную систему котельных.
8. Есть защита от накипи.
9. Компактные габариты.
10. Наличие на рынке.
11. Не требуется подключать к электропитанию, что уже значительно удешевляет использование оборудования.

Недостатками газовых промышленных установок являются следующие показатели:

1. Быстро и интенсивно потребляют топливо.
2. Стоимость бывает на рынке завышена. Приходится искать варианты дешевле у прямого поставщика.
3. Случайное затухание горелки может привести к несчастным случаям, взрывам газа. Нужно выбирать модель с встроенной системой самодиагностики и безопасности – например, термостаты, регулирующие интенсивность горения пламени.

Что собой представляют промышленные отопительные котлы

Производственные здания, будь то прокатный цех, теплица для цветов или птицефабрика, отличаются специфическими характеристиками, которые необходимо учесть при разработке отопительной системы:

• высота потолка и объем помещения;
• степень утепления и наличие вытяжной вентиляции;
• технологическое оборудование (металлургические печи или холодильные установки);
• заезд и выезд транспорта (тепловые завесы);
• соблюдение норм СанПиН 2019-2020 и ТК РФ по обеспечению температуры на рабочем месте;
• стоимость доступного топлива для надежной работы котла.

Котельные установки для отопления промышленных помещений требуют повышенной мощности. Если их мощность превышает 100 кВт, они относятся к промышленному оборудованию.

При проектировании строительства новых, реконструкции или ремонте старых промышленных объектов, следует руководствоваться требованиями, изложенными в следующих документах:

• СП 89.13330.2016 Котельные установки;
• СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

Классификация котельных установок

По принципу теплообмена между горящим топливом и теплоносителем оборудование подразделяется на жаротрубные и водотрубные котлоагрегаты. В жаротрубных котлах труба с раскаленными продуктами горения (перегретым паром) погружена в емкость с теплоносителем, как в самоваре. При водотрубном теплообмене теплоноситель циркулирует в трубах рубашки окружающей горелку.

Более заметны конструктивные различия теплотехнического оборудования для промышленности по используемому энергоносителю (топливу), это может быть:

• природный газ;
• жидкое топливо (мазут, солярка и отработка);
• твердые отходы деревообработки (дрова, опилки, пеллеты, щепа), уголь, торф;
• электроэнергия (в маломощных агрегатах);
• биотопливо и другие альтернативные виды (в маломощных котлах).

К котлам малой мощности по ГОСТ 20548-87 водогрейное отопительное оборудование тепловой производительностью до 100 кВт. Допустимый температурный уровень в 115 градусов теплоносителя относит аппарат к низкотемпературным, выше этого – высокотемпературные, а некоторые модели перегревают воду и более 150 градусов.

Конструктивно промышленные котлы включают в себя топочные камеры, горелки, теплообменники, вентиляторы наддува и вытяжки, установки водоподготовки и подачи топлива, циркуляционные насосы, КИП, защитную и сигнальную автоматику.

Водогрейные

Устройство водотрубного котла на примере маломощной модели.
Водотрубные котлы – это набор труб вокруг горелок и раскаленных продуктов горения, по которым под большим давлением циркулирует вода. Давление не превосходит критических значений, но поддерживается высоким для получения насыщенного теплоносителя, а кипение воды не происходит. Для увеличения скорости нагрева и интенсификации теплообмена котлы оборудованы управляемым наддувом и имеют многоходовую конструкцию. Для изготовления узлов и деталей, находящихся под давлением, используют антикоррозийные материалы, чтобы увеличить срок службы и обеспечить надежную герметизацию.

Водогрейные установки предназначены для отопления больших производственных сооружений и в коммунальном хозяйстве. Мощность такого оборудования достигает 10 МВт, а газовые котельные имеют самые высокий КПД и наиболее высокие экономические показатели за счет автоматического управления процессом горения. Для промышленного оборудования высокая надежность газового снабжения часто является определяющим фактором при выборе вариантов обеспечения теплом.

Паровые

Устройство жаротрубного котлоагрегата.
Котельное оборудование, нагревающее воду до состояния пара, тоже может быть и жаротрубным, и водотрубным. Полученный пар может быть низкотемпературным, насыщенным большим количеством молекул воды и перегретым, обладающим высокой энергией.

Насыщенный пар используется в деревообработке для поддержания оптимальной влажности, в медицине для обеззараживания инструмента и одежды, в сельском хозяйстве для производства комбикормов и удобрений. Высокая энергия перегретого пара вращает турбины электростанций для выработки электроэнергии.

Критичным для работы паровых котлов является качество воды. Присутствие примесей в неподготовленной воде может легко привести к образованию накипи в трубах и их прогоранию. Установка подготовки воды для таких систем непременный атрибут с фильтрами и химическими присадками для снижения уровня солей.

Управление паровыми системами насыщено применением современной автоматики и контролем за всеми процессами, начиная от водоподготовки и до горения топлива, поступления воздуха и циркуляции воды. Применение паровых котлов для бытового отопления нецелесообразно и применяется исключительно в производстве.

ТОП – Описание с характеристиками и ценами трех котлов (на площадь 1000 кв.м.)

Опишем возможности и основные параметры некоторых газовых котлов промышленного уровня.

Напольный котел Buderus Logano (2 котла идут в паре)

1. Теплообменник – чугун.
2. Камера сгорания закрыта.
3. Режимы мощностей – 4 варианта.
4. Управление – интеллектуальное, автоматическое.
5. Тип горелки – атмосферный.
6. Розжиг – электрика.
7. Мощность тепловая – 159-296 кВт.
8. Давление – 4 Бар.
9. КПД – 93%.
10. Напорная тяга – 3 Па.
11. Дымоход в диаметре – 250-360 мм.
12. Производитель – Россия.
13. Размеры (по ДЛхШхВ) – 1264х1420х1610 мм.
14. Гарантия – 2 года.
15. Цена – 776 550 – 950 000 руб.

Газовый промышленный котел VAILLANT atmoCraft

1. Тип оборудования – секционный.
2. Установка – на пол.
3. Теплообменник – чугун.
4. Камера сгорания открыта.
5. Управление – ЖК-дисплей, интеллектуальное, автоматическое.
6. Тип горелки – атмосферный.
7. Розжиг – электрика.
8. Мощность тепловая – 157 кВт.
9. Давление – 4 Бар.
10. Отдача теплом – 95%.
11. Напорная тяга – 3 Па.
12. Дымоход в диаметре – 250-375 мм.
13. Габариты (ДЛхШхВ) – 1145х1730х1012 мм.
14. Производитель – Германия.
15. Гарантия – 2 года.
16. Цена – 550 000 – 750 000 руб.

Промышленный газовый котел PROTHERM NO-3500 Bison

1. Теплообменник и корпус – сталь.
2. Камера сгорания открыта.
3. Объединение – каскад.
4. Режимы мощностей.
5. Управление – интеллектуальное, на микропроцессоре.
6. Тип горелки – атмосферный.
7. Горелок – вариаций может быть несколько.
8. Разные вариации энергоносителей.
9. Розжиг – электрика.
10. Мощность тепловая – 3500 кВт.
11. Тепловая нагрузка – от 10 Вт.
12. Теплоотдача – 93-100%.
13. Напорная тяга – 3 Па.
14. Дымоход в диаметре – 250-360 мм.
15. Размеры (ДЛхВхШ) – 2146х390х1870 мм.
16. Производитель – Россия.
17. Гарантия – 3 года.
18. Цена – 1,9-2,2 млн. руб.

В заключении хочется отметить, что подбор оптимальной модели котла должно осуществляться с точными расчетами, а не приблизительными. Только в этом случае возможен его высокий уровень функционала. Для расчетов применяется специальная формула: 1 кВт (обогрев) на 10 м. кв. помещения при отличной теплоизоляции и высоте потолков не больше 3 м. В котле может быть 1-2 контура. Также следует обращать внимание и на габариты, вес и оснащение оборудования всеми необходимыми измерительными приборами.

Классификация промышленных котельных установок

Тепловые генераторы для нужд промышленных предприятий можно условно разделить на такие группы:

1. Водогрейные агрегаты малой мощности (до 500 кВт) для обслуживания небольших производств. Сюда же следует отнести и конденсационные котлы с высоким КПД (до 96%).
2. Теплогенераторы средней мощности (до 2 МВт). Применяются в небольших городских котельных и для нужд децентрализованного теплоснабжения предприятий.
3. Газовые установки большой мощности (до 20 МВт и более), снабжающие теплом целые городские районы и крупные промышленные объекты.
4. Парогенераторные установки для производства сухого и насыщенного пара на технологические нужды средних и крупных производств.
5. Газовые когенерационные агрегаты, вырабатывающие в последовательном режиме тепловую и электрическую энергию.

Невзирая на большую производительность промышленных котлов, принцип их действия мало чем отличается от бытовых водогрейных агрегатов. Они оборудованы камерой сгорания и газогорелочным устройством, которые являются основными элементами технологического процесса. Теплота сжигания природного газа передается теплоносителю посредством теплообменников различных конструкций. По способу теплопередачи последние делятся на водотрубные и жаротрубные.

В водотрубном теплообменнике вода циркулирует внутри металлических труб, а продукты горения топлива движутся сквозь пучки этих трубопроводов. При этом тепловая энергия дымовых газов передается теплоносителю, после чего они выходят наружу. В жаротрубных агрегатах среды, участвующие в процессе обмена теплотой, расположены наоборот. В трубах (газоходах) движутся раскаленные газы, а сами газоходы погружены котловой бак с водой.

Движение продуктов горения через теплообменник во всех промышленных теплогенераторах – принудительное, обеспечивается тремя способами:

• С помощью дутьевых машин (вентиляторов), нагнетающих воздух в топку.
• Вентилятором, установленным на выходе газовоздушного тракта, — дымососом.
• Комбинированным способом, в этом случае газовый агрегат снабжен обоими видами вентиляторов.