Принципиальные тепловые схемы модульных котельных

В модульных котельных в качестве основного оборудования используются паровые и водогрейные котлы, работающие на газообразном, жидком топливе или биотопливе.

В состав модульной котельной, помимо паровых и водогрейных котлов, могут входить теплообменники горячего водоснабжения и отопления, насосы, модуль водоподготовительного оборудования и другое оборудование. Выбор как основного, так и вспомогательного оборудования производится после определения нагрузок отопления и горячего водоснабжения.

Как правило, модульные котельные с паровыми котлами обслуживают промышленные предприятия, использующие пар для технологических нужд. Одновременно этот пар применяют для нагрева воды, идущей на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Непосредственно к паровому коллектору присоединяются паровые сети с паровым потребителем.

Водяные сети присоединяются через бойлеры (пароводяные нагреватели) (рис.3.1). Как правило, указанные бойлеры устанавливаются в котельной.

Рис.3.1. Тепловая схема модульной котельной с паровыми котлами:

1 - паровой котел; 2 - паропровод; 3 - конденсатопровод; 4 - бойлер; 5 - подающий трубопровод; 6 - обратный трубопровод; 7 - сетевой насос; 8 - грязевик; 9- деаэра-

тор подпиточной воды; 10 - регулятор давления; 11 - подпиточный насос; 12 - конденсатный бак; 13 - химическая водоочистка; 14 - конденсатный насос; 15 - деаэратор питательной воды; 16 - питательный насос; 17 – паропотребитель

При использовании водогрейных котлов вода для целей теплоснабжения нагревается непосредственно в трубных пучках котла. В этом случае тепловая схема и оборудование котельной выбирается исходя из анализа схемы теплоснабже­ния объекта.

Различают две основные схемы теплоснабжения:

- c открытым водоразбором,когда теплоно­ситель на нужды ГВС подается потребителю непосредственно из теп­ловой сети. Такие схемы действуют в районах старой застройки ряда городов и в настоящее время при новом строительстве практически не применяются;

- c закрытым водоразбором,при данной схеме приготовление теплоносителя на нужды ГВС потребителей осу­ществляется в отдельных теплообменниках. При этом размещение теп­лообменников может быть как непосредственно в котельной, так и за ее пределами, в центральных тепловых пунктах (ЦТП) или индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

На рис.3.2 рассматривается схема, при которой системы отопления и вентиляции потребителей присоединяются к тепловой сети по зависимой схеме (непосредствен­но к тепловой сети), а установки ГВС присоединяются по схеме с закрытым водоразбором через теплообменники.

Рис.3.2. Принципиальная тепловая схема модульной котельной для закрытой системы теплоснабжения с зависимым присоединением системы отопления:

1 - водогрейный котёл; 2 - сетевой насос; 3 - циркуляционный насос ГВС; 4 - подпиточный насос; 5 - водо-водяной подогреватель ГВС; 6 - фильтр-грязевик; 7 - водоподготовка; 8 - мембранный бак

При данном варианте работа котлов и потребителей отопления и вентиляции обеспечивается одной группой сетевых насосов. Такие схемы более дешевы из-за отсутствия дополнительных теплообменников, насосов и арматуры.

Существенным недостатком таких схем является загрязнение котлов частицами отложений, попадающих в котел из системы отопления потребителей. Кроме того, такие схемы не позволяют в полной мере обеспечивать отпуск теплоты потребителям с учетом погодного регулирования. Поэтому такие схемы теплоснабжения получили распространение при небольшом количестве теплопотребителей и непротяженных тепловых сетях.

На рис.3.3 рассматривается схема с независимым подключением потребителей отопления, вентиляции и ГВС через теплообменники. В данном варианте тепло­обменники могут размещаться как непосредственно в котельной, так и за ее пределами.

Рис.3.3. Принципиальная тепловая схема модульной котельной для закрытой системы теплоснабжения с независимым присоединением системы отопления:

1 - водогрейный котёл; 2 – насос котлового контура; 3 – насос контура отопления; 4 - циркуляционный насос ГВС; 5 - подпиточный насос; 6 - водо-водяной подогреватель системы отопления; 7 - водо-водяной подогреватель системы ГВС; 8 - фильтр-грязевик; 9 - водоподготовка; 10 - мембранный бак

Такая схема с независимым присоединении нагрузок рекомендуется при протяженной «грязной» теплосети с большими утечками.

В этом случае внутренний контур обеспечивает работу котлового оборудования на «чистой» воде, легко осуществляется регулирование температуры отпускаемого теплоносителя и поддерживается требуемый номинальный расход воды через котлы независимо от присоединенных сетей, т.е. их количества и способов регулирования.

К недостаткам данной схемы следует отнести весьма высокую цену подогревателей, резко повышающуюся с ростом мощности котельной, большие размеры установки, особенно если подогреватели не пластинчатые и дополнительные расходы на насосы (требуются насосы с большим напором).

Данный вариант получил наибольшее распространение на практике.

Модульные котельные установки работают, как правило, на газе и мазуте М100. В качестве резервного топлива может использоваться дизельное топливо. Регулирование тепловых нагрузок обеспечивается в диапазоне 50 – 100 %.

Система автоматического управления, которой комплектуются модульные котельные, обеспечивает автоматический пуск котла, автоматическое включение в работу подпиточного насоса при понижении давления воды в системе отопления, полуавтоматическое включение и выключение сетевых насосов в системе отопления и горячего водоснабжения, автоматическое двухпозиционное регулирование уровня воды в барабане и конденсатном баке, подачи топлива и воздуха, температуры топлива, автоматическое поддержание температуры воды в сетях отопления и горячего водоснабжения, защиту и аварийную сигнализацию.

Функциональная схема котлоагрегата, используемого в схемах модульных котельных, представлена на рис.3.4.

Расширительный бак служит для компенсации температурных расширений применяемого теплоносителя при повышении его температуры. Емкость расширительного бака разделена мембранной перегородкой на две части, одна из которых заполнена сжатым газом. При повышении температуры жидкий теплоноситель расширяется, сжимая посредством мембраны газ, заполняющий соответствующую часть расширительного бака.

Аксонометрическая схема модульной котельной установки приведена на рис.3.5.

Крышные котельные

Крышная котельная располагается непосредственно на кровле теплоснабжаемого объекта или на специально устроенном основании над покрытием. Котельная рассчитана на теплоснабжение только одного здания, на котором она установлена. Общая тепловая мощность котельной не должна превышать 1500 кВт, а единичная мощность теплового агрегата – 500 кВт. Крышные котельные применяются для теплоснабжения производственных зданий, жилых домов и административных зданий. Особенно целесообразно использование крышных котельных в случае недостатка свободных площадей в промышленных и жилых застройках со сложной инфраструктурой. Также крышные котельные активно используются и в новостройках, так как застройщику выгоднее поместить котельную на крыше построенного здания, нежели занимать котельной участок земли.

Рис.3.4. Функциональная схема котлоагрегата с контуром горячего водоснабжения:

1 - котел; 2 - автоматизированная горелка; 3 - расщирительный бак контура отопления; 4 - расширительный бак контура ГВС; 5 - водонагреватель (бойлер); 6 - радиаторы контура отопления; 7 - циркуляционный насос; 8 - обратный клапан; 9 - воздушник; 10 - дымовая труба; 11 - термостат двойной (безопасности ТL и регулировочный ТС); 12 - термоманометр контура отопления; 13 – предохрани-

тельный клапан; 14 - термометр дымовых газов; 15 - прессостат; 16 - фильтр грубой очистки; 17 - фильтр; 18 - кран проходной; 19 - вентиль подпитки контура отопления (с обратным клапаном); 20 - кран запорный (спускной); 21 - сливная воронка; 22 - вентиль контура рециркуляции; 23 - установка для водоподготовки

Рис.3.5. Аксонометрическая схема автономной модульной котельной:

1 - котел; 2 - коллектор дымохода; 3 - пластинчатый теплообменник ГВС; 4 – газовый счётчик; 5 - грязевик; 6 - циркуляционный насос системы отопления; 7 - насос 1-го контура ГВС; 8 - бак подпиточный; 9 - установка дозирования реагентов; 10 - насос подпитки; 11 - трубопровод отопления; 12 - выход на продувочную свечу; 13 - насос 2-го контура ГВС; 14 - щит управления котельной;
15 - трубопроводы ГВС; 16 - трубопровод холодной воды

Крышные котельные установки, размещаемые в крышных котельных нагревают воду до 95 °С. Эта вода используется на нужды отопления и горячего водоснабжения здания. В котельных используются котлы малой производительности, выпускаемые отечественными и зарубежными производителями.

По сравнению с другими вариантами, крышная котельная имеет ряд неоспоримых преимуществ:

- не нужен участок земли под строительство котельной;

- теплопроводы имеют минимальную протяженность;

- не нужно строить дымовую трубу большой высоты;

- идеальные естественные условия для подачи первичного и вторичного воздуха к котлам;

- благодаря постоянному проветриванию отсутствует опасность поступления природного газа или дымовых газов в помещение котельной;

- улучшенные условия для развеивания дымовых газов котельной, расположенной на крыше высотного здания, что немаловажно с точки зрения экологии.

Внешний вид крышной котельной показан на рис.3.6.
Рис.3.6. Внешний вид крышной котельной

Крышными котельными могут оборудоваться здания, как правило, высотой до десяти этажей включительно (26,5 м). Нельзя размещать крышные котельные на зданиях школ, детских дошкольных учреждений, на зданиях лечебных учреждений, санаториев и домов отдыха, над помещениями общественных зданий с одновременным пребыванием в них более 50 человек, над производственными помещениями, непосредственно на перекрытиях жилых помещений, смежно с жилыми помещениями [13].

Оборудование, устанавливаемое в котельной, не должно создавать избыточную нагрузку на перекрытия, т.е. не должно быть слишком тяжелым. Поэтому наиболее оптимальным вариантом является установка котлов с медными теплообменниками. Безусловно, все котельное оборудование при высоком КПД должно быть автоматизированным, надежным и безопасным. Такие же требования предъявляются и к арматуре и, конечно, к насосному оборудованию.

Применяемая автоматика должна позволять диспетчеризацию и обслуживание нескольких котельных одной организацией, что существенно снижает эксплуатационные расходы и энергопотери.

В комплектацию крышных котельных входит следующее оборудование:

· котел водогрейный;

• насос циркуляционный центробежный;
• насос подпиточный;
• клапан предохранительный;
• сигнализатор СО;
• электроосвещение, силовое электрооборудование;
• клапан электромагнитный водяного типа;
• счетчик газовый ротационный;
• электроконтактный манометр;
• быстродействующий клапан;
• водоподготовка.

Питание природным газом котельных должно осуществляться газопроводом низкого давления до 5 кПа. Газопровод к котельной прокладывают по наружной стене.

На вводе газопровода непосредственно в помещение котельной предусматривается установка отключающего устройства с врезкой после него продувочного газопровода с отключающим устройством и штуцера с краном для отбора пробы. В схему газооборудования крышной котельной входит запорно-предохранительный клапан с электромагнитом, сблокированным с системой загазованности и с системой пожарной сигнализации.

Помещения крышных котельных оборудуются постоянно действующей приточно-вытяжной вентиляцией. Приточная вентиляция рассчитана на подачу воздуха на горение и общий воздухообмен в помещении [14].

Принципиальная тепловая схема крышной котельной аналогична тепловой схеме модульной котельной.

Котлы, устанавливаемые в крышных котельных должны иметь низкие показатели по шуму и вибрации, обеспечивать простоту обслуживания и ремонта, иметь минимальный вес с учетом веса теплоносителя и небольшие габаритные размеры.

Этим условиям идеально удовлетворяют гидронные котлы Mighty Therm и RHEOS производства корпорации LAARS Heating systems (США), «СТГ-Премьер», «СТГ-классик», RS-A, RS-D. Эти котлы предназначены для работы в полностью автоматизированном режиме и не требуют присутствия постоянного обслуживающего персонала.

Технические характеристики котлов приведены в табл.3.7.

Технические характеристики котлов RS-A, RS-D приведены в табл.3.6.

Крышные автономные котельные установки состоят из отдельных модулей: тепловых модулей и модулей управления с циркуляционными насосами и автоматикой управления. Число тепловых модулей определяется мощностью крышной котельной и зависит от ее типа. Модули соединяются в единую систему.

В табл. 3.1 приведены технические характеристики крышных котельных установок типа АКУ московского пусконаладочного управления (МПНУ ОАО «Энерготехмонтаж»).