Типы промышленных котлов

Современные промышленные котлы представляют собой отопительные агрегаты повышенной мощности, величина которой доходит до десятков МВт. Котлы этого типа могут выполнять целый ряд основных и вспомогательных функций — от обычного нагрева воды в контуре отопления, до производства перегретого пара высокого давления для тепловых турбин электрических станций.
Тип и конструкция промышленного котла зависят от вида используемого топлива, а также от целого ряда технических и технологических решений, которые обеспечивают оптимальное выполнение заложенных функций. Также тип отопительного прибора зависит от вида теплоносителя и конструкции основного теплообменника.

Виды промышленных котлов по назначению

По своему назначению все промышленные котлы разделены на три основных вида, особенности, конструкция и функциональное оснащение которых соответствует сфере применения теплового агрегата:

• промышленные котлы отопления предназначены для обогрева промышленных корпусов и административных зданий, а также для обеспечения производственных процессов горячей водой. Такие отопительные приборы большой мощности работают в составе стационарных или блочно-модульных котельных, проектирование, монтаж и сервисное обслуживание которых выполняют специализированные организации;
• производственно-отопительные котлы представляют собой тепловые установки комплексного назначения, которые не только обеспечивают промышленные площади теплом, но и служат источником насыщенного или перегретого пара для технологических процессов;
• энергетические котлы служат для выработки пара, который используется в паровых турбинах. Агрегаты этого типа устанавливаются на ТЭС или ТЭЦ в комплекте с турбогенераторами, а профессиональное название такой связки — турбоагрегат. Важными особенностями паровых энергетических котлов выступают большая производительность и высокие параметры давления и температуры пара.

Отдельным видом промышленного теплового оборудования по своему техническому назначению выступают универсальные котлы, которые способны обеспечивать все перечисленные выше функции. Сдерживающим фактором развития этого вида оборудования является достаточно высокая цена.

Классификация по виду теплоносителя

Важным аспектом классификации промышленных приборов отопления выступает тип теплоносителя, который чаще всего определяет сферы применения котельных агрегатов:

• водяные или водогрейные котлы промышленного типа используют обычную воду в качестве теплоносителя. Универсальность, доступность и высокая текучесть воды обеспечивают этому виду теплоносителя самое широкое распространение, а экологичность и относительная безопасность нагретой воды не требуют больших расходов на обслуживание котельных установок;
• широко распространенные паровые котлы используют в качестве теплоносителя насыщенный или перегретый пар. Насыщенный пар используется в технологических процессах предприятий, а перегретый пар высокого давления — в энергетических установках.

Важным достоинством пара в качестве теплоносителя выступает простая трансформация котлов этого типа для отопления помещений — достаточно установить теплообменник пар-вода и паровая установка способна отапливать производственные помещения с обычным контуром отопления на воде.

Популярным вариантом отопительной техники выступают паро-водяные котлы, которые одновременно вырабатывают горячую воду и насыщенный пар. К агрегатам этого типа относятся жаротрубные котлы с большим отъемом воды в теплообменнике.

Типы промышленных котлов по виду используемого топлива

Вид используемого топлива выступает самым популярным способом классификации котельного оборудования, так как от его выбора зависит экономическая эффективность работы котельной установки.
По этому виду классификация выделим три типа промышленных агрегатов, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности, недостатки и преимущества:

• промышленные котлы на природном газе относятся к категории самой экономически эффективной отопительной техники, а физические и химические свойства газа предоставляют возможность проектировать полностью автоматизированные котельные с возможностью удаленного управления по любому из выбранных параметров. Газовые приборы отопления имеют высокий КПД (более 90%), низкий уровень вредных выбросов и самую низкую удельную цену отопления единицы промышленной площади;
• жидкотопливные котлы для промышленного сектора работают на летней или зимней солярке и имеют сходный с газовыми приборами коэффициент эффективности используемого топлива и КПД. Однако высокая стоимость дизельного топлива снижают общую экономическую эффективность этого вида отопительного оборудования. К достоинствам дизельных приборов отопления можно отнести высокую степень автоматизации, а из недостатков отметим необходимость дополнительных надежных емкостей для хранения больших запасов солярки;
• промышленные котлы на твердом топливе выступают вторым по популярности видом отопительного оборудования. Такая особенность связана с достаточно низкой цены угля, дров или брикетов, однако низкая степень автоматизации таких котельных сводит ее достоинства на нет. Исключение составляет достаточно новый класс оборудования — пеллетные котлы на древесных гранулах или агропеллетах из отходов продукци агропромышленного комплекса. Эти агрегаты имеют повышенный КПД и очень высокую степень автоматизации, которая позволяет реализовать полностью автоматизированные отопительные режимы.

Отдельным видом промышленного отопительного оборудования выступают двух-топливные или комбинированные котлы, которые позволяют сразу реализовать основной и резервный способ отопления, что является достаточно серьезным конкурентным фактором. В качестве примера такого вида оборудования можно привести отопительные приборы на газе и солярке, а также большую категорию газо-мазутных котлов, в которых мазут выступает как резервный источник тепловой энергии.

Классификация по виду теплообменника

На текущий момент двумя основными видами отопительного оборудования по типу теплообменника выступают водотрубные и жаротрубные промышленные котлы, технические особенности которых формируют и основные сферы их применения.

Из конструктивных особенностей водотрубных и жаротрубных моделей отопительного оборудования выделим основные технические элементы, которые определяют их преимущества и недостатки:

• водотрубный котел представляет собой объемную камеру сгорания выбранного вида топлива, внутри которого расположены трубы теплообменника. По этим трубам перемещается теплоноситель, нагрев которого происходит через металлические стенки труб. Достаточно небольшой объем теплоносителя позволяет достаточно быстро регулировать его температуру, уменьшать или увеличивать производительность системы отопления, а также организовать быстрое производство насыщенного пара. Важной особенностью водогрейных агрегатов выступает их малая инерционность и возможность работать в старт-стопном режиме с небольшими потерями эффективности по топливу. Паровые котлы этого типа позволяют достаточно быстро получать перегретый пар высокого давления, который используется в электроэнергетике. Также водотрубные котлы хорошо зарекомендовали себя в отоплении производственных помещений. Низкая инерционность и высокий КПД позволяют обогревать помещения с максимальной эффективностью;
• жаротрубные котлы промышленного типа используют трубы теплообменника для перемещения продуктов сгорания выбранного вида топлива, а нагреваемый теплоноситель находится снаружи труб и внутри емкости достаточно большого объема. Именно большое количество теплоносителя определяет высокую инерционность приборов этого типа. С момента запуска оборудования в работу до момента получения нужного количества нагретой воды или насыщенного пара проходит достаточно большое время.

По этой причине основной сферой проектирования жаротрубных конструкций выступает создание высокоэффективных паровых котлов для промышленных производств с необходимостью большого количества насыщенного пара со стабильными параметрами давления и температуры. Также жаротрубные модели могут применяться для отопления промышленных зданий, с ограниченным бюджетом на проектирование, монтаж и эксплуатацию системы отопления.

И тот и другой тип теплообменника не исключает конструкторские доработки камеры для общего увеличения КПД отопительного прибора. Примером таких доработок выступают двух и трехходовые конструкции топки, а также реверсивная камера сгорания для агрегатов жаротрубного типа.

Критерии выбора и примеры котлов по заданным параметрам эксплуатации

• для традиционных систем отопления промышленных зданий на природном газе часто выбирают водотрубные котлы большой мощности с водой или антифризом в качестве теплоносителя. Такой выбор обеспечивает качественный процесс отопления и простой способ получения горячей воды в контуре с бойлером косвенного нагрева. В качестве примера классического водогрейного котла конденсационного типа приведем Buderus Logano Plus SB745;
  • жаротрубные модели большой мощности на природном газе для промышленных систем отопления используются в комплекте с вентиляторными горелками и модуляцией пламени. Такой подход минимизирует инерционность отопительного прибора, а большой запас теплоносителя снимает требования по его минимальному расходу. В качестве примера оборудования этого вида можно привести очень популярную и надежную серию мощных котлов от немецкой компании Viessmann (российская марка Hermes) — Vitomax 200-LW. Максимальная мощность отопительных приборов этой серии составляет 21,5 МВт, что позволяет отапливать помещения площадью до 200 000 м²;
• при отсутствии природного газа, часто выбирают угольные модели, что связано с доступностью топлива и его достаточно низкой ценой. Сдерживающим фактором выступает низкая степень автоматизации и большое количество вредных выбросов. Решением первой проблемы является появление автоматических котлов на угле мелкой фракции. Пример такого решения — модель итальянского производителя FACI, производство которых локализовано в России в городе Челябинск — Blak 1000. Мощность котла составляет 1 МВт, его работа полностью автоматизирована, а предельный размер угольной фракции составляет 5 см;
• еще одним решение отопления без природного газа выступает использования в качестве топлива древесных гранул — пеллет. Оборудование этого типа полностью автоматизировано, идет в комплекте с бункером для хранения определенного объема топлива, а рабочие мощности агрегатов такого типа достигают величин в сотни киловатт. В качестве примера отопительных приборов этого типа можно привести оборудование от Красноярской компании ZOTA — пеллетные котлы повышенной мощности серии ZOTA Robot. Максимальная мощность серии составляет 750 кВт, а в качестве резервного топлива можно использовать уголь мелкой фракции;
• для производства насыщенного пара низкого давления чаще всего используют стальные жаротрубные котлы с двух или трехходовой конструкцией топки. Производительность агрегатов достигает 30000 кг насыщенного пара в час, а в качестве величины рабочего давления можно выбрать 0,8 МПа, 1,2 МПа или 1,6 МПа. Пример оборудования такого типа: трехходовой паровой котел от российского бренда Энтророс — Термотехник ТТ200. В качестве топлива для оборудования этого типа используется природный или сжиженный газ;
• для производства насыщенного или перегретого пара высокого давления также используются стальные жаротрубные котлы с двух или трехходовой конструкцией топки. Для дополнительного нагрева насыщенного пара устанавливают регулируемые и нерегулируемые пароперегреватели. Хорошим примером парового отопительного прибора высокого давления является серия российской марки Hermes — Vitomax HS. Приборы этой серии обеспечивают производительность по пару до 30 тонн в час и имеют крайне высокий для агрегатов этого типа КПД — 95,5 %. Максимальное давление составляет величину 25 бар. Срок службы оборудования этой серии увеличен до 25 лет, что является очень конкурентной величиной для паровых приборов высокого давления. Еще одним отличием данной серии отопительных приборов выступает возможность работы на жидком топливе — для этой цели используют специализированные горелки на дизельном топливе.