Тепловые схемы котельных с паровыми котлами

Паровые котельные выдают теплоноситель сразу в двух формах: пар и в виде горячей воды. Пар под давлением отправляется на технологические нужды — стерилизацию, химические реакции, привод турбин. Горячая вода идёт на отопление, вентиляцию и ГВС.

Максимальная температура получаемого пара может достигать 400 °C, а перегретой воды достигает 170 °C, что требует особого подхода к проектированию. Строительство и эксплуатация таких объектов контролирует Ростехнадзор — без его разрешения работать нельзя.

ВАЖНО: Котельные с паровыми котлами делятся на производственные (только пар), отопительные (только горячая вода) и отопительно-производственные (оба теплоносителя сразу).

В состав тепловой схемы котельной с паровыми котлами входит целый комплекс устройств. Центральный элемент — сам паровой котел, который преобразует питательную воду в пар с нужными параметрами. Но одного котла мало — нужна целая система вспомогательного оборудования.

Деаэратор питательной воды удаляет растворённые газы из воды перед её подачей в котел. Это критически важно, потому что кислород в воде вызывает коррозию металла. Деаэратор работает при атмосферном давлении или под давлением, нагревая воду паром и выпуская газы в атмосферу через выпар.

Питательные насосы обеспечивают подачу воды в котел под нужным давлением. Обычно ставят минимум два насоса — рабочий и резервный. Для котлов большой мощности рекомендуется устанавливать несколько рабочих насосов.

Сепаратор непрерывной продувки — устройство, которое отделяет пар от воды, сбрасываемой из котла для удаления накипи и примесей. Пар из сепаратора можно использовать повторно, а загрязнённая вода уходит в охладитель продувочной воды.

Схема котельной с закрытой системой теплоснабжения работает по принципу изолированных контуров. Теплоноситель из теплосети не смешивается с водой внутри котельной — между ними стоят теплообменники.

Паровой котел вырабатывает пар, который частично идёт на производство, частично — на подогрев сетевой воды через подогреватель сетевой воды. Конденсат от производственных потребителей возвращается в котельную — его собирают, очищают и снова используют.

В такой схеме работают:

• Подпиточные насосы — увеличивают давление исходной воды;
• Подогреватель подпиточной воды — нагревает исходную воду перед системой водоподготовки;
• Водоподготовка — очищает исходную воду до требуемого качества;
• Подогреватель химически очищенной воды — нагревает воду перед деаэратором;
• Деаэратор подпиточной воды — готовит питательную воду для парового котла, которая покрывает потери конденсата, а также утечки воды в тепловой сети;
• Питательные насосы — подают питательную воду из деаэратора в котел;
• Паровой котел — ключевой элемент котельной, вырабатывающий пар;
• Паровая гребенка — главный распределительный узел пара;
• Редукционно-охладительная установка — корректирует параметры пара до требуемых значений;
• Сетевые теплообменники — нагревают воду в тепловой сети за счет пара от котла;
• Сетевые насосы — прокачивают воду по тепловой сети;
• Расширительные баки — компенсируют температурные расширения;

Расчеты тепловых схем котельных показывают, что при закрытой системе расход питательной воды зависит от паровой нагрузки, процента возврата конденсата и количества утечек и потерь в тепловых сетях Обычно возвращается 50−70% конденсата — остальное теряется на производстве.

Непрерывная и переодическая продувка паровых котлов составляет 3−7% от производительности котла. Через сепаратор непрерывной продувки проходит эта вода, отдавая вторичный пар в деаэратор питательной воды. Продувочная вода после охладителя непрерывной продувки сбрасывается в канализацию с температурой не выше 40 °C.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: В закрытых системах подпиточная вода составляет 0,75% от объёма тепловой сети в час при максимальной нагрузке.

Открытые системы отличаются тем, что воду для ГВС берут напрямую из тепловой сети. Это создаёт дополнительные требования к качеству воды и усложняет схемы котельных с паровыми котлами.

Ключевое отличие — наличие бака-аккумулятора для горячей воды. Он выравнивает пиковые нагрузки по ГВС и позволяет накапливать запас. Насос перекачивающий и насос подпиточный работают вместе, обеспечивая стабильную подачу воды потребителям.

Развернутые тепловые схемы котельных для открытых систем включают дополнительное оборудование:

• Насос исходной воды — подаёт воду на очистку;
• Система водоподготовки — имеет увеличенную производительность и включает в себя два блока:
• Блок подготовки воды для тепловой сети;
• Блок подготовки воды для котлов;
• Система атмосферной, вакуумной или химической деаэрации;
• РОУ (редукционно-охладительная установка) — понижает давление пара для разных потребителей;
• ИТП (индивидуально-тепловой пункт) — узел, в котором горячая вода распределяется по потребителям.

Принципиальные тепловые схемы котельных рассчитывают для пяти характерных режимов:

• Максимальный зимний — при температуре абсолютного минимума;
• Режим наиболее холодного месяца;
• Режим наиболее холодной пятидневнки;
• Переходный период — начало и завершение отопительного сезона;
• Летний — минимальная нагрузка, когда отопление не требуется

Результатом расчетов является подбор основного и вспомогательного оборудования, выбор диаметров трубопроводов и арматуры.

Факторы, которые следует учитывать при расчетах:

• Категорийность котельной по теплоснабжению;
• Этапность строительства;
• Режимы работы технологии (при наличии);
• Гидравлические потери в трубопроводах;
• Требуемый расход на подпитку;
• Погодозависимое регулирование;
• Количество возвращаемого конденсата;

Всем этим занимаются инженеры-проектировщики, которые сопоставляют комплекс исходных данных с требованиями НТД (нормативно-технической документации) и пожеланиями потребителя для того, чтобы разработать надежное, эффективное решение и экономически обоснованное решение.

Современные схемы котельных с паровыми и водогрейными котлами максимально используют вторичные энергоресурсы. Конденсат от пароводяных подогревателей несёт в себе существенное количество теплоты при температуре 70−90°C.

Этот конденсат можно направляться напрямую в деаэратор, экономя пар на подогрев. Если конденсат загрязнён, его пропускают через конденсатный очиститель, а затем используют.

Сепаратор непрерывной продувки отделяет вторичный пар, образующийся при сбросе давления продувочной воды. Этот пар с температурой около 100−110°C направляется в деаэратор подпиточной воды, снижая расход свежего пара.

Охладитель продувочной воды паровых котлов передаёт остаточное тепло сырой воде перед её очисткой. За счёт этого температура воды, поступающей на установку химводоподготовки, повышается на 10−15°C.

ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ: Утилизация тепла от продувки и конденсата снижает расход топлива на 3−5% при правильной организации тепловой схемы.

Наиболее распространенным решением является установка экономайзеров на хвостовых поверхностях водогрейных и паровых котлов.

Экономайзер утилизирует уходящее тепло дымовых газов, нагревая питательную воду перед котлом, повышая КПД установки на 1−2%.

Котельные с комбинированными пароводогрейными агрегатами встречаются на крупных промышленных площадках. Такие котлы могут работать и как паровые, и как водогрейные — в зависимости от текущей нагрузки.

Паровая часть котла вырабатывает пар для технологичных нужд, а водяной контур греет воду для отопления. Переключение между режимами позволяет гибко регулировать выработку тепла под нужды потребителей.

В таких схемах включение оборудования зависит от суммарной нагрузки. При низком потреблении пара можно работать в водогрейном режиме, экономя топливо и снижая износ оборудования.

Любая паровая котельная оснащена системой контроля и автоматики. Датчики отслеживают уровень воды в котле, давление пара, температуру, расход топлива. При отклонении параметров автоматика корректирует работу системы или останавливает котел.

Предохранительные клапаны сбрасывают избыточное давление пара в атмосферу. Подаваться пар потребителям начинает только после выхода котла на рабочий режим, когда все параметры стабилизированы.

Тепловые схемы котельных с паровыми котлами — сложная инженерная система, где каждый элемент выполняет свою функцию. Правильное проектирование и расчёт обеспечивают надёжную работу, экономию топлива и безопасность эксплуатации. Выбор конкретной схемы зависит от типа системы теплоснабжения, характера нагрузок и требований потребителей к качеству теплоносителя.