ЖАРОТРУБНЫЕ КОТЛЫ

Посуда для приготовления пищи служит прообразом современных водогрейных и паровых котлов. Но при сжигании топлива много тепла уходит в окружающую среду. Горелка обогревает дно чайника, но ограниченного пространства – камеры сгорания, топки, нет. Соответственно, коэффициент полезного действия современных газовых плит составляет всего 55-57%. Столько тепла использует кастрюля при варке борща. Остальное нагревает кухню.

Рис.1 Схема жаротрубного котла

Логичным шагом было создание ограниченного пространства для сжигания топлива, окруженного теплообменными поверхностями большой площади. Так появились жаротрубные котлы. Они состоят из горизонтального цилиндрического барабана и вставленной внутрь него топки в виде жаровой трубы (рис.1). Такие котлы называются корнваллийскими, так как первоначально применялись на копях Корнуэльса (Англия). А в 1845 году в Ланкашире (опять же Англия) изобрели ланкаширские котлы с двумя жаровыми трубами. Промышленная революция XIX века требовала много энергии.

Рис.2 Схема котла с дымогарными трубами

1 - топка; 2 - дымовые газы; 3 – дымогарные трубы; 4 – выход пара; 5 – паровое пространство; 6 – дымоотводящий патрубок

Дальнейшее развитие привело к появлению котлов с дымогарными трубами. В них водяное пространство пронизано большим количеством труб небольшого диаметра, через которые проходят дымовые газы (рис.2). Таким образом, в жаротрубных котлах использовалась энергия топлива, которую теплоноситель получал за счет излучения и частично при омывании поверхностей продуктами сгорания. В дымогарных утилизировалось тепло дымовых газов. Логичным стало изобретение устройств, в которых происходило и первое, и второе, а именно жаротрубных котлов с дымогарными трубами. В жаровых трубах сгорает топливо, в дымогарных перемещаются продукты сгорания.

Бытовые газотрубные котлы

Стальные теплообменники многих бытовых котлов изготавливаются в виде цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, в который насквозь ввариваются стальные трубы, проводящие дымовые газы (рис.3).

Рис.3 Бытовой котел с дымогарными трубами

Подобные котлы работают на газовом топливе и имеют высокий коэффициент полезного действия, для чего служат турбулизаторы - стальные пластины специальной формы, которые создают сопротивление на пути дымовых газов. Турбулентный поток характеризуется хаотичным движением газов, они замедляются, перемешиваются, в результате возрастает скорость передачи тепла, теплообменник нагревается более равномерно. В стальных бытовых котлах турбулизаторы устанавливаются в каждый конвективный дымоход.

Промышленные жаротрубные котлы с дымогарными трубами

Большинство жаротрубных котлов имеют горизонтальный цилиндрический корпус. У водогрейных в нем находится нагреваемая вода, у паровых - водяной и паровой объемы. В качестве топки используется жаровая труба, расположенная по центру котла или немного ниже. Спереди в торце жаровой трубы устанавливается горелка с принудительной подачей воздуха, обеспечивающая сжигание газообразного или жидкого топлива. Дымогарные трубы чаще всего располагаются выше топки, но возможны варианты их размещения по бокам и даже снизу. По ним двигаются продукты сгорания, которые выходят в дымовую трубу.

Рис.4 Жаротрубный котел с реверсивной топкой

Жаротрубные котлы бывают двухходовыми или трехходовыми. В двухходовых котлах имеется реверсивная топка (рис.4). Дымовые газы, отражаясь от ее задней стенки, разворачиваются на 180°С и идут к передней дверке котла. После отражения от передней дверки они снова меняют направление, проходят через дымогарные трубы и удаляются из котла.

Рис.5 Трехходовой жаротрубный котел

1 — горелка; 2 — первый ход в топке; 3 — второй ход в дымогарных трубах; 4 — третий ход в дымогарных трубах; 5 — водяное пространство; 6 — паровое пространство; 7 — выход пара; 8 — выход продуктов горения; 9 — водяная рубашка

В трехходовом котле дымовые газы возвращаются к передней дверке через первый пакет дымогарных труб (рис.5). Далее горячие газы снова меняют направление движения, отражаясь от передней дверки, и, проходя через второй пакет дымогарных труб, удаляются из котла.

Конструкция промышленного жаротрубного котла с дымогарными трубами

Промышленный жаротрубный котел (рис.6) представляет собой горизонтально расположенный цилиндр, наполненный водой, внутри которого расположена жаровая труба (топка) 3. Она, а также дымогарные трубы 7, ввариваются в переднюю 4 и заднюю 11 трубные доски, а также трубную доску 8 поворотной камеры 10. Весь цилиндр покрывается тепловой изоляцией 5.

Рис.6 Промышленный жаротрубный котел

1 – газовая горелка; 2 – передняя крышка; 3 – жаровая труба; 4 – передняя трубная доска; 5 – тепловая изоляция; 6 – подающий патрубок; 7 – дымогарные трубы; 8 – трубная доска поворотной камеры; 9 – обратный патрубок; 10 – поворотная камера; 11 – задняя трубная доска поворотной камеры; 12 – газоход; 13 – сборный короб дымовых газов

Из топки дымовые газы попадают в поворотную камеру, расположенную за жаровой трубой. В ней они разворачиваются и идут к передней крышке котла по дымогарным трубам. Здесь происходит еще один разворот, продукты сгорания двигаются к задней части котла, где через газоход 12 уходят в дымовую трубу. Обратная вода поступает в котел через обратный патрубок 9, циркулирует между дымогарными трубами и вокруг жаровой трубы и через подающий патрубок 6 уходит в систему отопления.

Жаротрубный водогрейный котел UNICAL ELLPREX

Стальной котел UNICAL ELLPREX HT 420 - двухходовой с реверсивной топкой. Предназначен для отопления жилых и производственных зданий, оснащается газовой, дизельной или двухтопливной горелкой.

Рис. 7 Котел UNICAL ELLPREX

Котел представляет собой горизонтальную стальную цилиндрическую емкость, в которую в передней части устанавливается горелка. Дымовые газы ударяются в заднюю стенку, возвращаются в переднюю часть котла, где горелка дожигает не сгоревшее топливо (рис.7). Далее газы поступают в дымогарные трубы, проходят в заднюю часть котла, где удаляются через патрубок дымовых газов. Бетонная передняя дверь имеет отверстие для установки горелки, она открывается в обе стороны.

Тепловая мощность котла ELLPREX HT 420 – 420 кВт, рабочая температура теплоносителя – от 70 до 110 ⁰С, максимальное давление – 0,6 МПа. Коэффициент полезного действия - 91,6 %.

Рис.8 Производство компании Unical

Итальянская компания Unical (рис.8) основана в 1972 году и начинала с производства стальных котлов. В настоящее время производит котельное оборудование, системы кондиционирования, солнечную и геотермальную энергетику.

Жаротрубный паровой котел Universal UL-S

Котлы UL-S (рис.9) немецкой фирмы Bosch Thermotechnik GmbH производят насыщенный пар высокого давления. Конструктивно выполняются трехходовыми одножаротрубно-дымогарными.

Рис.9 Паровой котел Universal UL-S

Паропроизводительность – от 1.25 до 28 т/ч, максимальное давление пара – 3,0 МПа, максимальная температура – 235 ⁰С. Котлы Bosch модели UL-S имеет асимметричное расположение жаровых и дымогарных труб, что обеспечивает естественную циркуляцию воды для быстрого нагрева.

Парогенераторы Universal различных типов:

• Universal U-ND  - паропроизводительность от 0,25 до 3,2 т/ч давлением до 0,07 МПа с температурой до 115 ⁰С;

• Universal U-HD  - производительность от 0,25 до 1,25 т/ч высокого давления до 1,6 МПа с температурой до 204 С^0;

• Universal UL-S - уже описанные ранее;

• двухтопочные котлы Universal ZFR - производительность от 18 до 55 т/ч для получения насыщенного пара с температурой до 235 С⁰ и перегретого пара с температурой до 300 С⁰.

Кстати, фирма Bosch купила в 2009 году 100% акций знаменитой компании Loos Deutschland GmbH, основанной еще 1865 году в Нойштадте (Пфальц, Германия). К 2008 году ею было выпущено более 100 000 различных котлов.

Преимущества и недостатки жаротрубных котлов

К плюсам жаротрубных котлов относятся:

• простота изготовления;

• компактность.

Есть у них и недостатки:

• высокие требования (по сравнению водотрубными котлами) к качеству котловой воды, что обусловлено малыми скоростями теплоносителя. При осаждении взвешенных веществ они покрывают часть дымогарных труб, что служит причиной перегрева. Давление на трубную доску резко возрастает, что приводит к росту напряжения в сварных швах вплоть разрыва.

• при внезапном снижении давления внутри котла до атмосферного (раскрытие шва) мгновенно выделяется огромное количество пара и происходит взрыв;

• аэродинамическое сопротивление жаротрубных котлов выше, чем у водотрубных.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь