Жаротрубные водогрейные котлы: устройство, ограничения и когда их выбирать

Жаротрубные котлы с вентиляторными горелками широко распространены в котельных мощностью от сотни киловатт до 15–20 МВт. Их выпускают многие заводы, их привыкли проектировать и обслуживать. Но у конструкции есть ограничения, которые проявляются не в первый сезон, а через несколько лет — особенно в старых тепловых сетях. Разберём, как устроен такой котёл, где его слабые места и когда он действительно оправдан.

Как устроен жаротрубный котёл

Топка жаротрубного котла — жаровая труба большого диаметра — находится внутри корпуса, заполненного водой. Пламя горелки горит в жаровой трубе, а дымовые газы затем проходят по дымогарным трубам — во второй и третий ход либо, в котлах с реверсивной топкой, разворачиваются обратно к фронту. Дымогарные трубы закреплены в трубных досках. Вода омывает жаровую и дымогарные трубы снаружи.

Отсюда главные особенности: большой водяной объём и низкая скорость воды в котле.

Сильные стороны

• Большой водяной объём. Котёл обладает тепловой инерцией: сглаживает колебания нагрузки и реже включает горелку.
• Простая и привычная конструкция. Много производителей, отработанные проектные решения, понятное обслуживание при хорошей воде.
• Стабильная работа при подготовленной воде в закрытом котловом контуре.

Главное преимущество — инерционность — можно получить и без жаротрубного котла: баком-аккумулятором горячей воды. Подробнее — в статье «Как подобрать промышленный водогрейный котёл для котельной».

Ограничения

Требования к воде. В жаровой трубе и поворотной камере тепловые потоки высокие, а скорость воды низкая. Любые отложения — накипь, шлам — ухудшают охлаждение металла. На жаровой трубе в местах перегрева образуются выпучины (отдулины). Поэтому для жаротрубных котлов нужна качественная водоподготовка.

Теплообмен и перегрев металла. Низкая скорость воды ухудшает и сам теплообмен со стороны воды. В жаровой трубе, где на стенку приходится прямое излучение пламени, у поверхности металла возникает пристенное кипение. При высоком тепловом потоке и слабом движении воды пузырьки не успевают уноситься, сливаются и переходят в паровую плёнку. Плёнка резко снижает коэффициент теплоотдачи от стенки к воде: металл перестаёт охлаждаться, хотя со стороны топки тепло подводится интенсивно — излучением пламени и омыванием дымовыми газами. Температура стенки растёт, а кипение у стенки вдобавок ускоряет отложение солей жёсткости.

Старая сеть со шламом. Если включить жаротрубный котёл напрямую в сеть с многолетними отложениями, шлам оседает в котле — на нижних дымогарных трубах и у трубной доски. Трубы перегреваются, в соединениях с трубной доской растут термические напряжения, появляются микротрещины, со временем — сквозные. Поэтому жаротрубные котлы, как правило, подключают через теплообменник: это второй контур, дополнительная группа насосов и водоподготовка.

Чистка и промывка. Межтрубное пространство и нижняя часть корпуса плохо доступны: механически очистить водяную сторону практически нельзя, химическая промывка возможна, но затруднена застойными зонами.

Ремонт. Жаровая труба, трубные доски и дымогарные трубы — сложный ремонт с длительным простоем котельной. По стоимости он нередко сопоставим с новым котлом.

Безопасность. Большой водяной объём — это и большой запас энергии. При перегреве и разгерметизации котла весь объём перегретой воды мгновенно вскипает и многократно увеличивается в объёме. Чем больше воды в котле, тем тяжелее последствия аварии.

Аэродинамическое сопротивление. Дымовые газы проходят несколько ходов и дымогарные трубы малого диаметра, поэтому сопротивление газового тракта выше, чем у водотрубных котлов. Горелке нужен более мощный вентилятор, а иногда — больший типоразмер.

Выход на режим. Большой объём воды прогревается долго: котёл медленно реагирует на рост нагрузки.

Поставка и монтаж. По своей конструкции жаротрубный котёл поставляется только целиком. На большой мощности это негабаритный груз и по размерам, и по массе: нужны специальная перевозка, тяжёлый кран и проём под весь корпус. Жаротрубный котёл заметно тяжелее водотрубного той же мощности — особенно с водой — и требует основательного фундамента.

Когда жаротрубный котёл оправдан

Жаротрубный котёл стоит рассматривать, только если системе нужна большая инерционность, а бак-аккумулятор поставить нельзя. И при этом:

• котёл работает в закрытом контуре через теплообменник;
• обеспечена водоподготовка по требованиям производителя;
• эксплуатационная организация готова регулярно контролировать качество воды и состояние поверхностей нагрева.

В остальных случаях водотрубный котёл решает ту же задачу без перечисленных ограничений.

Водотрубные котлы ROSSEN как альтернатива

Все котлы ROSSEN — водотрубные: вода движется по трубам, а пламя и дымовые газы омывают трубы снаружи. Это три серии на весь диапазон, где применяют жаротрубные котлы, — от небольших котельных до крупных источников тепла.

Характеристики справочные: для проектирования запросите у завода актуальные чертежи и паспорт на конкретную модель.

Малая мощность — RSA. Теплообменник этих котлов собран из стальных оребрённых труб: развитая поверхность нагрева при малом водяном объёме и небольшом весе. Вода движется по теплообменнику с высокой скоростью, поэтому накипь откладывается значительно меньше, чем в корпусе жаротрубного котла. RSA работают с атмосферной горелкой и обходятся без вентилятора. Теплообменник RSA разборный: котёл проще поднять и собрать на месте — прежде всего в крышной котельной, — а также чистить и ремонтировать.

Средняя и большая мощность — RSD и RSM. Котлы для вентиляторных горелок: от 200 кВт до 100 МВт, у RSM — до 150 °C для графиков 130/70 и 150/70.

Чем водотрубные котлы ROSSEN отличаются от жаротрубных:

Если в котельной уже стоят жаротрубные котлы

• Держите котлы в закрытом контуре через теплообменник и следите за качеством подпиточной воды.
• Контролируйте температуру обратной воды на входе в котёл — не ниже минимальной по паспорту.
• Регулярно осматривайте жаровую трубу и трубные доски: отдулины и трещины у трубных отверстий — повод остановить котёл.
• При реконструкции сравните замену «один в один» с переходом на водотрубные котлы: учтите стоимость всей схемы — теплообменников, второго контура насосов и водоподготовки, а также заноса котла в существующее здание. Котлы ROSSEN свыше 19 МВт поставляются двумя блоками, их проще завести через имеющиеся проёмы.

Подбор котельного оборудования — бесплатно. Пришлите нагрузки и температурный график через форму запроса КП или заполните опросный лист — специалисты завода подберут водотрубные котлы ROSSEN под вашу котельную.