Принципиальная тепловая схема (ПТС) котельной с паровыми котлами для потребителей пара и горячей воды показана на рис. 8.

Паровые котельные чаще всего предназначены для одновременного отпуска пара и горячей воды, поэтому в их тепловых схемах имеются установки для подогрева горячей воды.

Обычно устанавливаются паровые котлы низкого давления 14 ата, но не выше 24 ата.

Сырая вода поступает из водопровода с напором в 30–40 м. вод. ст. Если напор сырой воды недостаточен, предусматривают установку насосов сырой воды 5.

Сырая вода подогревается в охладителе непрерывной продувки паровых котлов 11 и в пароводяном подогревателе сырой воды 12 до температуры 20-30 ºС. Далее вода проходит через водоподготовительную установку (ВПУ), и часть ее направляется в подогреватель химически очищенной воды 13, часть проходит через охладитель выпара деаэратора 4 и поступает в деаэратор питательной воды (ДПВ) 2. В этот деаэратор направлены также потоки конденсата и пар после редукционно-охладительной установки (РОУ) 17 с давлением 1,5 ата для подогрева деаэрируемой воды до 104 0 С. Деаэрированная вода при помощи питательного насоса (ПН) 6 подается в водяные экономайзеры котла и к охладителю РОУ. Часть выработанного котлами пара редуцируется в РОУ и расходуется для подогрева сырой воды и деаэрации.

Рис. 8. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами

1– котел паровой, 2 – деаэратор питательной воды (ДПВ), 3 – деаэратор подпиточной воды, 4 – охладитель выпара, 5 – насос сырой воды, 6 – насос питательный (ПН), 7 – насос подпиточный, 8 – насос сетевой (СН), 9 – насос конденсатный (КН), 10 – бак конденсатный, 11 – охладитель продувочной воды (ОПВ), 12 – подогреватель сырой воды, 13 – подогреватель хим. очищенной воды (ПХОВ), 14 – охладитель подпиточной воды, 15 – охладитель конденсата, 16 – подогреватель сетевой воды, 17 – редукционно-охладительная установка (РОУ), 18 – сепаратор непрерывной продувки, 19 – продувочный колодец, ВПУ – водоподготовительная установка.

Вторая часть потока хим. очищенной воды подогревается в подогревателе 14, частично в охладителе выпара 4 и направляется в деаэратор подпиточной воды для тепловых сетей 3. Вода после этого деаэратора проходит водо-водяной теплообменник 14 и подогревает хим. очищенную воду. Подпиточным насосом 7 вода подается в трубопровод перед сетевыми насосами 8, которые прокачивают сетевую воду сначала через охладитель конденсата 15 и затем через подогреватель сетевой воды 16, откуда вода идет в тепловую сеть.

Деаэратор подпиточной воды 3 также использует пар низкого давления после РОУ. При закрытой системе теплоснабжения расход воды на подпитку тепловых сетей обычно незначителен. В этом случае довольно часто не выделяют отдельного деаэратора для подготовки подпиточной воды тепловых сетей, а используют деаэратор питательной воды паровых котлов.

На приведенной схеме предусматривается использование теплоты непрерывной продувки паровых котлов. Для этой цели устанавливают сепаратор непрерывной продувки 18, в котором вода частично испаряется за счет снижения ее давления от 14 до 1,5 ата. Образующийся пар отводится в паровое пространство деаэратора, горячая вода направляется в водо-водяной теплообменник сырой воды 11. Охлажденная продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец.

Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление из котла накопившихся растворенных солей и осуществляется из места наибольшей их концентрации в верхнем барабане котла. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов котла через каждые 12-16 часов. Иногда предусматривают подачу продувочной воды для подпитки закрытых тепловых сетей. Подпитка тепловых сетей продувочной водой допускается только в том случае, когда общая жесткость сетевой воды не превышает 0,05 мг-экв/кг.

ПТС котельной для открытых систем теплоснабжения отличается от приведенной только установкой дополнительного деаэратора для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей и установкой баков-аккумуляторов.

Конденсат от пароводяных подогревателей под давлением греющего пара во всех случаях следует направлять в ДПВ, минуя конденсатные баки 10 и насосы 9. При открытых системах теплоснабжения для деаэрации подпиточной воды устанавливают, как правило, атмосферные деаэраторы. Использование продувочной воды котлов в качестве подпиточной для открытых систем не допускается. Температура питательной воды после деаэратора 104 °С. Температура возвращаемого с производства конденсата 80–95 °С.

Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения

ПТС котельных с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения показана на рис. 9.

Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором 20–40 м. вод. ст. поступает к сетевым насосам 2. Туда же подводится вода от подпиточных насосов 5, компенсирующая утечки волы в тепловых сетях. К насосу 2 подается и горячая сетевая вода, теплота которой частично использована в теплообменниках для подогрева хим. очищенной воды 8 и сырой воды 7.

Для обеспечения температуры воды на входе в котел, заданной по условиям предупреждения коррозии, в трубопровод за сетевым насосом 2 подают необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейных котлов 1. Вода подается рециркуляционным насосом 3.

При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально зимнего, часть воды из обратной линии после насосов 2, минуя котлы, подают по линии перепуска в количестве G пер в подающую магистраль, где вода, смешиваясь с горячей водой из котлов, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей.

Добавка хим. очищенной воды подогревается в теплообменниках 9, 8, 11 и деаэрируется в деаэраторе 10. Воду для подпитки тепловых сетей из баков 6 забирает подпиточный насос 5 и подает в обратную линию.

Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе из котлов поддерживается, как правило, выше температуры воды в подающей линии теплосети. Только при расчетном максимально зимнем режиме температура воды на выходе из котлов и в подающей линии будет одинаковой.

Для закрытых систем даже в мощных водогрейных котельных можно обойтись одним деаэратором подпиточной воды с невысокой производительностью. Уменьшается также мощность подпиточных насосов 5 и оборудование ВПУ, снижаются требования к качеству подпиточной воды по сравнению с открытыми системами.

Недостаток закрытых систем – некоторое удорожание оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.

Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства количества проходящей через них воды. Расход воды должен быть постоянным, независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществить путем изменения температуры воды на выходе их котлов G пер.

Для уменьшения интенсивности наружной коррозии трубных поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов.

Минимальная допустимая температура на входе в котлы рекомендуется следующая: при работе на природном газе – не ниже 60 °С; при работе на малосернистом мазуте – не ниже 70 °С; при работе на высокосернистом мазуте – не ниже 110°С. Так как температура обратной сетевой воды почти всегда ниже 60 °С в тепловых схемах предусматривается линия рециркуляции.

Для определения температуры воды в тепловых сетях для различных расчетных температур наружного воздуха строятся графики, разработанные теплоэлектропроектом. Например, из такого графика видно, что при температурах наружного воздуха +3 ºС и выше вплоть до конца отопительного сезона температура прямой сетевой воды постоянна и равна 70 0 С.

Среднечасовой расход в сутки теплоты на горячее водоснабжение обычно составляет 20% общей теплопроизводительности котельной:

3 % – потери наружных тепловых сетей;

3 % – расходы на собственные нужды от установленной теплопроизводительности котельной;

0,25 % – утечка из тепловых сетей закрытых систем;

0,25 % – объем воды в трубах тепловых сетей.

Рис. 9. Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами для закрытой системы теплоснабжения

1 – котел водогрейный, 2 – насос сетевой (СН), 3 – насос рециркуляции, 4 – насос сырой воды (НСВ), 5 – насос подпиточной воды, 6 – бак подпиточной воды, 7 – подогреватель сырой воды, 8 – подогреватель хим. очищенной воды (ПХОВ), 9 – охладитель подпиточной воды, 10 – деаэратор, 11 – охладитель выпара, 12 – водоподготовительная установка (ВПУ).

Страница 17 из 18

Котельная с водогрейными котлами

Рис. 28. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

Т5 – трубопровод горячей воды, подающий воду для технологических процессов (собственных нужд),

Т6 - трубопровод горячей воды, обратный для технологических процессов.

1. блок водогрейных котлов,

2. сетевой насос,

3. насос сырой воды,

4. подогреватель сырой воды,

5. блок ХВО,

6. подпиточный насос,

7. блок деаэрированной воды,

8. охладитель деаэрированной воды,

9. подогреватель химически очищенной воды,

10. вакуумный деаэратор,

11. охладитель выпара,

12. рециркуляционный насос.

1. Надежность и экономичность водогрейных котлов (ВК) зависит от постоянства расхода пропускаемой через них воды, который не должен снижаться относительно расхода, установленного заводом – изготовителем;
2. Во избежании низкотемпературной и сернокислой коррозии металла со стороны дымовых газов температура воды на входе в котел должна быть не ниже 60-70˚С, а для пиковых водогрейных котлов на ТЭЦ не ниже 110˚С. Для повышения температуры воды на входе в котел устанавливается рециркуляционный насос;
3. В водогрейных котельных установках (ВКУ) устанавливаются вакуумные деаэраторы, который работают при абсолютном давлении 0,03 МПа. Вакуум создается водоструйным эжектором. Выделяющийся пар выполняет работу по деаэрации и напрвляется в охладитель выпара. Температура воды после деаэратора составляет 70˚С. В ВКУ готовят перегретую воду по наиболее распространенным температурным графикам (130-70 или 150-70).

В комбинированной котельной при остановке одного из паровых котлов водогрейный котел не может покрыть требующиеся паровые нагрузки, а тепловую нагрузку водогрейного котла частично или полностью можно покрыть с помощью паровых котлов и сетевых подогревателей. Поэтому в чисто паровой котельной суммарная теплопроизводительность всех агрегатов будет меньше, чем установленная теплопроизводительность комбинированной котельной.

Основным доводом в пользу сооружения крупных комбинированных котельных являются меньшие удельные капитальные вложения. Установка водогрейных котлов и их вспомогательного оборудования требует меньших затрат, чем установка паровых котлов со вспомогательным оборудованием и крупных пароводяных подогревателей при равной теплопроизводительности.

Строительство жилых поселков и домов с централизованным теплоснабжением в районах существующих промышленных предприятий также приводит к расширению паровых котельных водогрейными котлами теплопроизводительностью 50 Гкал / ч, и паровые котельные превращаются в комбинированные.

На рис. 10 приведена ПТС котельной с паровыми 2 и водогрейными 1 котлами для закрытой системы теплоснабжения. Теплоносителями являются насыщенный пар и горячая вода.

Направление потоков рабочего тела в паровой части следующее: конденсат с производства поступает под давлением в бак 18 с температурой 80 – 90 ºС. После контроля качества конденсат насосом 7 перекачивается в головку деаэратора питательной воды 14. В деаэратор поступает весь конденсат от пароводяных подогревателей, а также подогретая химически очищенная вода и пар из РОУ 17 для барботажа деаэрируемой воды.

Питательные насосы 8 получают деаэрированную воду с температурой около 104 0 С и подают ее в РОУ и паровые котлы. Кроме РОУ пар подается внешним потребителям и к мазутному хозяйству котельной. После РОУ пар поступает к деаэраторам 14 и 15, куда поступает пар из расширителей непрерывной продувки паровых котлов 13.

Водогрейная часть котельной показана на рис. 3.4 слева.

После насосов 3 в обратную линию насосов рециркуляции 5 подается горячая вода для получения расчетной температуры на входе в водогрейные котлы 1.

Рис. 10. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми и водогрейными котлами:

1 – котел водогрейный, 2 – котел паровой, 3 – насос сетевой (СН), 4 – насос исходной воды, 5 – насос рециркуляции, 6 – насос подпиточный, 7 – насос конденсатный (КН), 8 – насос питательный (ПН), 9 – охладитель продувочной воды, 10 – подогреватель исходной воды, 11 – охладитель подпиточной воды, 12 – подогреватель хим. очищенной воды (ПХОВ), 13 – сепаратор непрерывной продувки, 14 – деаэратор питательной воды, 15 – деаэратор подпиточной воды, 16 – охладитель выпара, 17 – редукционно-охладительная установка (РОУ), 18 – бак конденсатный, 19 – водоподготовительная установка (ВПУ), 20 – колодец продувочный.

Часть воды из обратной линии тепловых сетей после сетевых насосов перепускается в подающую линию, где она смешивается с горячей водой из водогрейных котлов для поддержания температуры в тепловой сети.

В летнее время, когда водогрейные котлы не работают, пар используется для подогрева сетевой воды, для нужд горячего водоснабжения в пароводяных теплообменниках.

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для ВУЗов. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.

2. Низамова А.Ш. Технология централизованного производства электрической энергии и теплоты. Часть 1. Учебное пособие. – Казань: Каз. гос. энерг. ун-т, 2005. – 120 с.

Контрольные вопросы

1. Почему в России преимущественно применяется централизованное теплоснабжение?

2. Какой Вид теплоносителя и рабочего тела применятся в схемах теплоснабжения?

3. Как классифицируются системы теплоснабжение?

4. Чем различаются централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения?

5. Чем различаются отрытые и закрытые системы теплоснабжения?

6. С какой целью применяются двухтрубные системы теплоснабжения?

7. С какой целью применяются трехтрубные системы теплоснабжения?

8. Опишите достоинства и недостатки открытых систем теплоснабжения.

9. Опишите достоинства и недостатки закрытых систем теплоснабжения.

10. Что такое «Тепловая сеть»?

11. Что такое «Теплофикация»?

12. Какие технологические схемы тепловых электрических станций и котельных применятся для теплоснабжения потребителей.

13. Какое оборудование используется в схемах раздельного производства электроэнергии и теплоты? Его назначение, принцип работы.

Задание для самостоятельной изучения дисциплины

1. Используя рекомендуемые литературные источники, самостоятельно и подробно, изучите схемы присоединения отопительных установок и установок горячего водоснабжения к закрытой двухтрубной водяной системе теплоснабжения, представленной на рис. 1. Опишите схемы движения теплоносителей в данных схемах, в каких случаях применяется тот или иной присоединения тепловой нагрузки к тепловой сети.

2. Изучите способы и технологические схемы транспорта теплоты на дальние расстояния.

Основа проекта любой системы отопления и горячего водоснабжения – это тепловая схема, по которой осуществляется сборка разводки, подключение тепловых генераторов, бойлеров и радиаторов. Поэтому темой данной статья является тепловая схема водогрейной котельной. Изучив эту информацию, вы сможете построить водогрейную систему отопления, функционирующую на генераторах тепла (котлах) любого типа.

Система теплоснабжения работает круглые сутки в течение почти 7-8 месяцев, «сжигая» в топках котлов десятки тысяч рублей. Поэтому все домовладельцы стремятся оптимизировать работу системы. Причем усилить надежность конструкции и уменьшить энергоемкость отопительных приборов поможет точный расчет тепловых схем водогрейных котельных, выполняемый на этапе проектирования.

То есть нужно составить проект котельной, состоящий из следующих документов:

• Схемы размещения всех компонентов системы в самом доме. Этот документ пригодится на стадии монтажа трубопровода.
• Схемы размещения отопительных приборов, насосов, расширительных баков и прочего оборудования. Этот документ во время сборки водонагревательной и отопительной ветвей водогрейной котельной.
• Спецификации на все компоненты системы. Этот документ используют в процессе закупки материалов и оборудования.

Причем все три документа можно уместить на одной принципиальной схеме котельной, составленной в упрощенном виде (когда значки заменяются рисунками оборудования и запорно-регулирующей арматуры). И далее по тексту мы рассмотрим несколько разновидностей таких схем.

Схема котельной частного дома: обзор возможных вариантов

Типовые схемы котельных основываются на следующих вариантах тепловых сетей:

• Открытой разновидности, когда теплую жидкость черпают из «местных» установок.
• Закрытой разновидности, когда теплоноситель отопительной системы используют еще для нагрева воды.

Причем открытая схема предполагает дополнительный расход энергии на питание «местной» водонагревательной установки, но обходится дешевле на этапе монтажа. Закрытая схема котельной частного дома монтируется сложнее, но «питается» от центрального котла. Причем за счет тепловых насосов и промежуточных испарителей и конденсаторов в систему горячего водоснабжения сбрасывают жидкость практически питьевого качества, разогретую до 70-100 градусов Цельсия.

Поэтому в качестве схемы водонагревательной котельной, в большинстве случаев, используется именно закрытый вариант, состоящий из следующих узлов:

• Основного котла, который нагревает воду для системы отопления и водонагревательного контура.
• Самого водонагревательного контура, циркулирующего внутри накопительного бака.
• Контура системы горячего водоснабжения, замкнутого на накопительный бак.

В итоге, накопительный бак работает, как обычная батарея, отапливающая не комнату, а систему горячего водоснабжения. То есть перед нами немного необычный накопительный бойлер.

Система открытого проточного горячего водоснабжения функционирует на основе двухконтурного котла, который пропускает по разогреваемому змеевику либо порцию воды из системы отопления, либо воду из системы горячего водоснабжения. То есть, открытая схема превращает котел системы отопления в обычную колонку. Причем оптимальный вариант открытой водонагревательной установки – это котел с двумя спиралями, расположенными в отдельных камерах сгорания.

Схема автоматизации котельной: и тепло, и дешево!

Автоматизированные котлы обходятся в эксплуатации дешевле обычных отопительных приборов. Ведь стандартный прибор функционирует в одном режиме круглые сутки, а «умный» котел, оснащенный особым устройством, синхронизирующим режим работы котла с потребностями хозяев дома.

Проще говоря: автоматизированный котел работает на полную мощность «когда нужно» (вечером, в выходные дни), а «когда не нужно» (по ночам или в рабочее время) – практически не работает. В итоге, можно сэкономить от 30 до 50 процентов энергии (и денег, расходуемых на отопление).

Поэтому каждая принципиальная схема водогрейной котельной помимо прочих элементов содержит в себе еще и блок автоматического управления, с помощью которого решают следующие задачи:

• Оптимизирует температуру нагрева в зависимости от времени года. Ведь летом приятнее пользоваться теплой водой, а зимой в СГВ должна циркулировать по-настоящему горячая жидкость.
• Управляют работой «контурами» отопительно-водонагревательного котла. Ведь большинство моделей оборудованы лишь одной «камерой сгорания». То есть, в рабочем состоянии находится либо отопительная, либо водонагревательная ветвь.
• Управляют температурными режимами не только водонагревателя, но и отопительного блока. Ведь дневные и ночные режимы стоит применять и на отопительной, и на водонагревательной ветви.
• Корректируют работу насосов и систем циркуляции и/или рециркуляции в закрытой схеме. Причем без этой функции работа закрытой системы нагрева воды не возможна в принципе. То есть, определенный набор микросхем или механических управляющих элементов есть в любой закрытой схеме водонагревательного котла.

Причем блок автоматического управления может работать в трех режимах, а именно:

• В формате приоритета системы горячего водоснабжения. То есть, когда вся мощность идет на водонагревательный контур. Обычно этот режим задействован в теплое время года.
• В формате смешанной работы, когда функционирует либо отопительная ветвь, либо водонагреватель. Такой режим поддерживается при проточном нагреве воды, осуществляемом по открытой схеме.
• В формате работы без приоритетов, когда большая часть энергии уходит на отопительный контур, а некоторая часть расходуется на обогрев воды. Этот вариант управления рекомендован для закрытых систем подогрева воды.

Разумеется, все вышеупомянутые режимы можно реализовать даже в формате одного устройства. Поэтому систему нагрева воды с помощью котла удается реализовать и в проточном формате (прямой нагрев открытого типа в двухконтурном котле) или в накопительном формате (косвенный нагрев закрытого типа в расширительном баке).

Эта особенность водонагревательных котельных дает возможность экономить энергию и зимой, и летом. Ведь в холодное время года можно воспользоваться косвенным нагревом от размещенного в баке паропровода. А в теплое время года можно черпать горячую воду прямо из нагревательного контура котла.

Защита водогрейных котлов от коррозии

В заключении необходимо отметить, что водогрейный контур котла системы отопления подвержен большим коррозийным нагрузкам, чем сама система обогрева жилища. Дымовые газы могут повредить теплообменник, по которому циркулирует разогретая вода.

Поэтому, в целях нивелирования влияния катализаторов коррозийных процессов, теплоноситель на входе в теплообменник котла нужно разогревать до 60-70 градусов Цельсия.

Правда, эта мера предосторожности оправдана только в случае использования стальных теплообменников, изготовленных из конструкционной стали. Медные или нержавеющие теплообменники от коррозии не страдают.

При выборе мощности котлов желательно учитывать следующее:

Правила пользования газом и предоставления услуг по газоснабжению в Российской Федерации, Приложение 2. Требования к оснащённости газоиспользующего оборудования теплоутилизирующим оборудованием, средствами автоматизации, теплотехнического контроля, учёта выработки и потребления энергоресурсов Правила не распространяются на теплогенераторные мощностью до 100 кВт измерение расхода газа на котёл не требуется для котлов с расходом газа до 40 м3/ч, то есть теплопроизводительностью до 0,29 Гкал/ч (340кВт ) измерение расхода воды через котёл не требуется, если до 115°С

СП 89.13330.2016 Правила не распространяются на котельные с общей установленной мощностью менее 360 кВт 2,15 Гкал/ч , не имеющие барабанов для котельной теплопроизводительностью 2,6 Гкал/ч (3 МВт ) и менее не требуется оперативная диспетчерская телефонная связь (ОДТС), командно-поисковая связь (КПС), городская телефонная связь (ГТС), радиофикация, электрочасофикация

Для котлов с температурой воды выше 115°С: Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением внутри производственных помещений допускается устанавливать котлы теплопроизводительностью до 2,5 Гкал/ч , не имеющие барабанов “Перед растопкой котла, работающего на газе, должна быть проверена герметичность закрытия запорной арматуры перед горелками в соответствии с действующими инструкциями”

Кроме того, для котлов любой (?) теплопроизводительности:

_____

* Рассматривая объединение трёх и более одинаковых котлов путём организации попутного движения теплоносителя (с “петлёй Тихельмана”), я пришёл к следующему выводу: пропускная способность Kv участка коллектора перед вторым котлом и после предпоследнего котла должна быть не менее чем 3⋅(n – 1)⋅(Kv ветви котла), где n – количество котлов.

3 Горелка: мой выбор

Если бы я выбирал блочную горелку, то взял бы горелку с механической связью “газ-воздух” (с одним сервоприводом). Ну, и соответственно топке – короткофакельную или длиннофакельную. Например, очень привлекательна горелка ELCO серии EK 9 G. Она подкупает настроечным механизмом подачи воздуха и газа: с помощью опорных штифтов и скользящих по ним "лыж" можно сделать почти линейную зависимость “угол поворота – теплопроизводительность”:

Во время наладки и эксплуатации будет меньше хлопот, если на горелке установлен не “менеджер горения”, а прибор попроще – “топочный автомат”. В случае использования горелки с “менеджером горения” иногда бывает желательно предусмотреть автоматическое выключение её электропитания при недопустимом отклонении давления газа.

Сервопривод горелки должен быть “модулируемого” исполнения (с временем полного хода не менее 20 секунд). В режиме плавного изменения теплопроизводительности, в отличие от двух- и трёхпозиционного регулирования, температура поверхностей нагрева котла становится максимальной только в часы или дни его максимальной нагрузки, а не, скажем, каждые 5-10 минут. Это минимизирует мех. напряжения в котле, уменьшает рост отложений на поверхностях нагрева со стороны воды, повышает КПД.

Ещё модулируемые горелки позволяют при желании/необходимости получать от котла воду с максимально возможной температурой НЕПРЕРЫВНО.

Это особенно важно, если

максимально возможная температура воды на выходе котла совпадает с максимальной температурой прямой сетевой воды по графику (например, и та, и другая – 95 градусов),

схема котельной двухконтурная, а максимально возможная температура воды на выходе котла незначительно превышает максимальную температуру прямой сетевой воды по графику (например, одна – 115 градусов, а другая – 105 градусов).

В тёплую погоду нагрузка отопления минимальна или отсутствует вовсе. В тёплую погоду также минимально и разрежение, создаваемое дымовой трубой. Несмотря на это, ступенчатые горелки время от времени работают на полной мощности и при этом создают в дымоходах избыточное давление уходящих газов. Модулируемые же горелки могут НЕПРЕРЫВНО работать с частичной нагрузкой, и при этом в дымоходах будет сохраняться разрежение.

Ещё одна моя техническая симпатия – это горелки с “топочным автоматом”. Но когда-то мне довелось настраивать WM-G20/2-A с “менеджером горения” и частотным регулятором. Первоначально я её настроил с нарушением инструкции изготовителя. Зато мне тогда очень понравилось, как тихо работает вентилятор на малых нагрузках котла. Дело в том, что на котле с Qном=1 Гкал/ч оказалось достаточно 50% от частоты вращения 2900 об/мин для настроек “газ-воздух” вплоть до половины его теплопроизводительности. Даже при 0,7 Гкал/ч вентилятор ещё тихо работал (62%).

А на минимуме теплопроизводительности (0,2 Гкал/ч) радует то, что угол поворота воздушной заслонки – 8,6° (при желании есть куда уменьшать). Класс!

При выборе типа горелки желательно учитывать следующее:

4 Котловой блок управления: мой выбор

В качестве котлового блока управления я бы поставил термореле “3-позиционный регулятор” и аварийное термореле (например, простенькие Vitotronic 100 KC3), а плавное регулирование и каскадное управление сделал бы как-нибудь отдельно (см. ).

Для одиночного котла хорошо подходит Vitotronic 300 GW2 . Он имеет два канала регулирования температуры (по температурным графикам). Есть и разъём 17А для подключения котлового датчика температуры обратки “Therm-Control”, и разъём 29 для подключения котлового насоса, и разъём 50 “Отказ”.

5 Повышение живучести котельной

Когда-то при первом знакомстве с блоками управления фирмы Viessmann меня раздражало то, что в красивых оранжевых корпусах для управления котельной предусмотрено не так уж много, как этого можно было ожидать. Типа, хочешь, чтобы у тебя автоматически включался резервный насос – покупай и устанавливай ещё какое-то устройство... Я рассуждал так. Вот мы пользуемся персональным компьютером. Даже если стоимость его невелика, он может выполнять множество операций в секунду. Так наверное, лучше сделать в котельной один щит со свободно программируемым контроллером, который и запрограммировать на выполнение всех требующихся действий.

Но после того, как я увидел, что при перекрытии газа “родная” горелка котла Viessmann безо всякого трезвона просто-напросто выключается, а при появлении давления газа включается, как ни в чём не бывало, моё мнение диаметрально изменилось.

Кстати. Пропадание давления газа (недопустимое понижение давления) ничем не грозит ни котлу, ни людям, находящимся в котельной. Поэтому вполне логично, что после восстановления нормального давления газа горелка автоматически запускается.

Так же и с электропитанием.

Можно значительно повысить живучесть котельной, если разделить управление. Есть на входе или выходе насоса давление воды – он работает, нет – выключается. И это должно реализовываться “местным” устройством управления насоса, а не общекотельным блоком управления!

Наиболее заметно повысить живучесть можно, если есть возможность применить однофазные электродвигатели. Сгорел клеммник электропитания общекотельного блока управления, или “просели” две фазы электропитания котельной, а котельная-то работает!!!

Ещё об электропитании. Когда-то много лет назад я видел, что в одной котельной измерители-регуляторы 2ТРМ1 “зависали” после того, как “мигнул свет” (был переход на АВР). Думаю, такую проблему можно решить и для этих контроллеров, и для других, если поставить в щите ввода реле времени и задержать включение электропитания хотя бы на полминуты. А ещё лучше – поставить “монитор напряжения”.

6 Дисковые поворотные затворы на входах и выходах котлов

Дисковые поворотные затворы (ДПЗ, butterfly valves), установленные на входах котлов, служат для уменьшения расхода воды у неработающих котлов до незначительной величины расхода, необходимой для того, чтобы котлы оставались нагретыми “обраткой” (то есть, затворы должны быть закрыты, но неплотно). Управление котловым ДПЗ – от разъёма “29”. Команда “Включение котлового насоса” – это открывание ДПЗ, “выключение” – закрывание.

Расчётный расход воды через котёл (упрощённая формула):

расчётный расход, м 3 /ч = максимальная теплопроизводительность котла, Гкал/ч 1000 / (tвых.max – tвх.max)

Например: 1,8 Гкал/ч 1000 / (115-70) = 40 м 3 /ч

При одиночной работе каждого насоса/котла необходимо с помощью токовых клещей, расходомера и ДПЗ, находящегося на выходе котла, выставить расход воды на уровне между “расчётной” величиной для котла и максимально допустимой величиной для насоса (сначала – ближе к этой максимально допустимой величине).

7 О насосах

Во-первых, нельзя превращать насос в воздухосборник: размещать его нужно как можно ниже. Это сводит к минимуму вероятность кавитации, сухого хода, создаёт более подходящие условия для его обслуживания и ремонта. Идеальная ориентация для насоса “in-line” (в частности, с “мокрым” ротором) – это такая, при которой вода через него проходит снизу вверх.

Во-вторых, для того, чтобы в любое время можно было снять/разобрать насос для ремонта (или отвезти его в мастерскую), следует применять одиночные (не сдвоенные) насосы. У сдвоенного для ремонта одного из насосов необходимо останавливать оба электродвигателя и разбирать всё на месте. Одиночный же насос можно без особых затруднений снять и отправить в мастерскую. К тому же одиночные насосы значительно более транспортабельны.

В-третьих, жёсткая связка по гидравлике “насос-котёл” снижает живучесть котельной. Случилось что-то с котловым насосом – считай, что на один работоспособный котёл тоже стало меньше. И наоборот.

Для того, чтобы в случае выхода из строя одного насоса его мог заменить резервный, выходы насосов (входы котлов) нужно объединить:

При нормальной ситуации блок управления каждого котла даёт команду на включение “своего” котлового насоса. Если этот насос выходит из строя, то или автоматика, или человек включают другой насос из числа неработающих в это время (если таковые есть, конечно).

Автоматическое управление котловыми насосами от схемы, которая после первого запуска насоса будет оставлять в работе хотя бы один котловой насос, если есть команда на включение насоса системы отопления (с использованием реле давления kpi35 или пары “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”).

В общем случае число включенных котловых насосов равно числу запущенных котлов.

Если всё же вместо АВР котловых насосов сделан выбор в пользу создания пар “насос-котёл”, то желательно объединить выходы этих насосов хотя бы импульсной трубкой (через краны 11б18бк?) для того, чтобы неработающие котлы прогревались “входной” водой, а не водой, идущей с выхода работающего котла (расход, превышающий протечку через обратные клапаны):

Для случая с двумя одинаковыми котлами, у дроссельной диафрагмы или крана пропускная способность Kv должна быть больше чем величина, вычисляемая по формуле “относительная протечка ⋅ Kv ветви котла / Kv ветви нагрузки котлового контура”. Например, Kv диафрагмы > (0,001⋅200)⋅150/300, то есть Kv диафрагмы >0,1. Понятно, что в случае с тремя котлами требуется значительно более высокая Kv диафрагмы. Кстати, Kvs крана 11б18бк – порядка 0,8?

Если предполагается, что во время эксплуатации будет возникать сравнительно быстрый рост нагрузки (например, из-за приточных установок или теплиц), то можно резервные жаротрубно-дымогарные котлы заранее прогревать водой, идущей у них наоборот – с выхода на вход ("неплотный обратный клапан").

Управление сетевыми насосами (насосами отопления):

8 О трёхходовых клапанах

Это было, наверное, в 2005 году: в одной пусковой котельной я столкнулся с выходом из строя электроприводов трёхходовых поворотных клапанов, установленных на стороне греющей воды пластинчатых водоподогревателей). В каких-то положениях сегмент заедало (из-за перепада давления?), и стальные шестерни (прессованные?) ломали свои зубья...

Здесь на ТМ-схемах трёхходовой клапан показан установленным в точке смешения котловой подачи и обратной сетевой воды. Конечно, можно было бы установить его в точке разделения – после сетевых насосов. Там и температура воды пониже. Но во-первых, если трёхходовой клапан находится в в верхнем по схеме узле, то его работа не влияет на величину давления воды в котле (в нижнем узле при его “закрывании” давление воды в котле могло бы существенно понижаться). Во-вторых, при работе поворотного клапана на смешение перепад давления воды чуть-чуть “отжимает” сегмент от седла (сёдел), что значительно снижает нагрузку на электропривод и исключает вибрацию затвора:

Ну и в-третьих, для работы с таким несущественным гидравлическим сопротивлением, каким является гидравлическая стрелка (перемычка), можно использовать клапан с более высокой пропускной способностью Kvs. А у трёхходовых клапанов с прямоходным электроприводом как раз в режиме смешения Kvs выше, чем в режиме разделения.

Кстати, в котельной желательно использовать как можно “бОльшие” трёхходовые клапаны – вплоть до величины Kvs =4Gmax (об этом я писАл на форуме АВОК).

Функция пропускной способности Kv

Так может выглядеть график изменения совокупной Kv трёхходового клапана и водоподогревателя:

По мере открывания трёхходового клапана на водоподогреватель происходит понижение Kv и, соответственно, уменьшается расход воды через котёл.

Конечно, существуют тепловые схемы, в которых не происходит такое безобразие (см. ). Тем не менее, я решил, что схема без насосов греющей воды водоподогревателей имеет право на существование. Отказаться от трёхходового клапана и заодно сделать так, чтобы при увеличении тепловой нагрузки расход воды через котёл хотя бы не уменьшался – таковы были мои ориентиры.

Думаю, что используя вместо трёхходового клапана шаровой кран и ДПЗ, эту задачу можно решить даже для плавного регулирования:

ДПЗ выбирается с Kvs, находящейся в пределах одной-двух Kv нового (чистого) водоподогревателя. Шаровой кран выбирается с такой Kvs, чтобы обеспечить расход воды через один котёл при отключеннном (перекрытом) водоподогревателе в пределах 0,5–1 от “расчётной” величины. Сервопривод ДПЗ должен быть с временем поворота на 90 градусов, раза в 2 большим, чем время поворота шарового крана: кран будет работать одновременно с ДПЗ при поворачивании последнего в секторе 45÷80 градусов (на 45 градусах должен срабатывать дополнительный концевой выключатель).

По графику видно, что при увеличении тепловой нагрузки (то есть при открывании ДПЗ водоподогревателя) монотонно растёт Kv. Так же монотонно будет увеличиваться и расход воды через котлы:

Для водоподогревателей двух нагрузок, например, отопления и ГВС:

Так появился трёхходовой “составной клапан” (соединение “по схеме Штренёва” ):

И пример результатов расчёта:

В этой схеме крайне желательно, чтобы у водоподогревателя проектный перепад давления греющей воды находился в пределах 0,5 кгс/см 2 .

Для работы с водоподогревателем Kv 50...60 в результате расчёта выбраны трёхходовой поворотный клапан Kvs40 и ДПЗ Tecofi Dу50 Kvs117. Вместо показанной на схеме дроссельной диафрагмы желательно сделать переход трубопровода на меньший диаметр. Например, для получения пропускной способности Kv30 можно использовать один метр стальной трубы Dу32.

В данном случае величины пропускной способности соотносятся как 0,5: 0,7: 1: 2. При выборе водоподогревателя с более высокой Kv (для более высокого расхода) это соотношение может стать несколько иным – например, таким: 0,1: 0,2: 1: 6.

Такой “составной клапан” может хорошо подойти и для котельной с водоподогревателями отопления и ГВС:

При управлении теплопроизводительностью это желательно учитывать во избежание чрезмерного выбега температуры воды на выходе котла. Во время пусконаладки котельной желательно посмотреть, в каком диапазоне изменяется расход воды через котёл, работающий “в одиночку” на один водопогреватель: не превышает ли он максимально допустимую для насоса величину? В случае превышения:

9 Приготовление горячей воды

Для сглаживания пиков требуемой мощности скоростные водоподогреватели можно скомбинировать с емкостным (относительно небольшой мощности). Этот емкостной водоподогреватель может служить подпиточным баком при отключении ХВС:

Для “дыхания” емкостного водоподогревателя необходимо установить на нём соответствующее специальное устройство (или просто автоматический воздухоотводчик?).

ПИД-регулятор путём плавного изменения температуры греющей воды поддерживает постоянной температуру воды на выходах скоростных водоподогревателей.

То, что температура греющей воды устанавливается на минимально необходимом уровне, минимизирует образование отложений в водоподогревателях.

А можно ли у “333”-го канал “контур отопления” использовать для плавного регулирования температуры воды ГВС или температуры воды на входах котлов? По логике, если бы можно было каналу М2 задать один температурный график, а каналу М3 – другой, то – без проблем! В техническом описании девайса (РЭ) написано, что “изменение наклона и уровня отопительной характеристики выполняется для каждого отопительного контура по отдельности”. Тогда следующий шаг – минимизация зависимости заданной температуры, к примеру, контура M3 (теперь это – температура ГВС) от температуры наружного воздуха. Если выставить заданную температуру помещения 20°С, уровень “отопительной характеристики” +30, а наклон “отопительной характеристики” 0,2 , то при tнв=+20°С заданная температура контура будет 50°С, а при tнв= -28°С – где-то 58°С.

Команду включения насоса греющей воды можно взять с разъёма 20M3, а циркуляционного насоса ГВС – с разъёма 28 (кодировка “73:7”).

Живучесть котельной существенно повышается благодаря возможности подпитки из емкостного водоподогревателя в случае прекращения водоснабжения. При этом всего лишь потребуется открыть кран на входе подпиточного насоса и включить этот насос.

Для случая, когда используется “маленький” скоростной водоподогреватель, рассчитанный на среднесуточную нагрузку, и “большой” емкостной водоподогреватель –

Если в системе ГВС используется бак-аккумулятор, то для того, чтобы автоматизировать его заполнение в ночные часы, удобно воспользоваться имеющейся у Vitotronic 333 возможностью задания “программы выдержек времени для работы циркуляционного насоса” –

Дроссельная диафрагма изображена на циркуляционном трубопроводе ГВС условно. На самом же деле, дроссельные диафрагмы должны быть установлены в циркуляционных трубопроводах потребителей.

Известно, что максимальная часовая тепловая нагрузка ГВС по будням превышает её часовую величину, усреднённую за сутки, что называется, в разы. Но зачастую установленная тепловая мощность котельной выбирается таким образом, что она становится равна сумме расчётных нагрузок отопления, вентиляции и какой-то значительно усреднённой нагрузки ГВС. В результате этого во время максимальной нагрузки ГВС температура горячей воды становится ниже нормы. Выходов из этой ситуации два: аккумулирование тепла на нужды ГВС, аккумулирование тепла для отопления. Если есть возможность использовать теплоаккумулирующую способность зданий, то второй путь решения может стать предпочтительным. В этом случае необходимо, во-первых, заменить, как минимум, скоростной водоподогреватель ГВС с увеличением его расчётного теплового потока до реально необходимой величины, а во-вторых, создать приоритет нагрузки ГВС. Один из вариантов такого приоритета может быть реализован в тепловой схеме с предвключенным скоростным водоподогревателем ГВС:

Скорее всего, при этом потребуется выполнить следующие условия:

водоподогреватель отопления изготавливается в расчёте на сравнительно низкий температурный напор – значительно ниже того, который можно создать в данной котельной при максимально возможной температуре воды на общем выходе котлов;

максимально возможная температура воды на общем выходе котлов достаточно высока для использования всей установленной тепловой мощности в час, когда суммарная нагрузка ГВС и отопления равна ей или превышает её;

для потребителя приемлемы отклонения от “бумажного” отопительного температурного графика: как понижение температуры подачи, происходящее в часы высокой нагрузки ГВС, так и её повышение в остальное время суток (для компенсации временных “недотопов” регулятору прямой сетевой воды должен быть задан повышенный температурный график).

Скриншот страницы в Excel с шаблоном моего расчёта предвключенной схемы (водоподогреватель ГВС, водоподогреватель отопления, трёхходовые клапаны) –

Интересный вариант – схема с предвключенным водоподогревателем ГВС, у которого со стороны греющей воды стоит насос с частотно-регулируемым электроприводом. В комбинации с этим можно сделать зависимое присоединение теплосети отопления:

Благодаря тому, что контур котлов получится короткозамкнутым (краны на замыкающем участке всегда открыты), можно будет использовать водотрубные котлы с простыми насосами. Некоторое непостоянство расхода воды через котёл будет приемлемо: это или увеличение расхода из-за насоса греющей воды (при недостаточно высоких параметрах режима теплогенерации: количестве запущенных насосов/котлов и температуры воды на их выходах), или несущественное уменьшение расхода воды через уже работающий котёл из-за запуска ещё одного насоса/котла (несущественное, если запуск – “опережающий”, до развития предыдущей ситуации).

10 Регулирование температуры сетевой воды

Будет намного удобнее, если регулятор температуры сетевой воды отопления, управляющий трёхходовым клапаном (или парой ДПЗ), станет поддерживать по температурному графику температуру не прямой сетевой воды, а среднеарифметическое значение (tпр.зад+tобр.зад)/2. Эта величина – практически то же самое что и “средняя температура отопительного прибора” (если представить себе каждого подключенного к теплосети потребителя как один отопительный прибор). В этом случае можно заниматься регулировкой гидравлических режимов, то есть “поджимать” ветви там, где требуется – в ходе этого регулятор сам скорректирует температуру прямой сетевой воды (повысит её).

К этой мысли я пришёл уже не первый, достаточно будет сослаться хотя бы на следующую статью:

Для реализации этого с Vitotronic 333 необходимо использовать не один, а четыре накладных датчика “температуры подачи отопительного контура” – по два на подающем и обратном трубопроводах, соединив их параллельно-последовательно.

Такое регулирование может быть востребовано и просто при нестабильной тепловой нагрузке – при отоплении, совмещённом с ГВС и вентиляцией.

Поддержание величины (tпр.зад+tобр.зад)/2 эквивалентно поддержанию “обобщающего температурного параметра П” в следующем виде: П = tпр.зад + tобр.зад

Для аварийной подпитки (при быстро увеличивающейся или большой утечке) можно поставить шаровой кран с электроприводом. Его включение (открывание) можно настроить, например, на порог 3 кгс/см 2 , выключение (закрывание) – на 3,2 кгс/см 2 . Это можно сделать с помощью пары “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”.

По сравнению с известной схемой (два реле на 220 В), у этой связки (“ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”) есть некоторые преимущества: ЭКМ становится электробезопасным, полностью исключается влияние дребезга контактов ЭКМ"а, существенно уменьшается нагрузка на контакты – они не будут обгорать.

В ситуации, когда давление обратной сетевой воды начнёт превышать заданную величину, желательно формировать для регулирующего клапана непрерывную команду “закрыться”.

Подпитка системы отопления административного здания

(утечки теплоносителя несущественны, шум допустим)

В этом случае в качестве исполнительного органа, открывающего подпитку, можно использовать соленоидный клапан. В простом варианте для его включения можно применить реле давления kpi35. Для удобства настройки порогов включения и выключения подпитки можно использовать пару “ЭКМ плюс сигнализатор РОС-301Р/ САУ-М6”.

Ограничить подпитку при разрыве системы отопления можно, например, поставив последовательно с соленоидным клапаном “трёхходовой кран под манометр” 11б18бк. На случай их ревизии-ремонта и для быстрого заполнения системы необходимо сделать общий байпас с шаровым краном.

the Peace of "I",

Вячеслав Штренёв

Статьи на близкие темы: