Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды и по характеру циркуляции воды (независимо от конструкции) являются прямоточными, то есть с однократным движением воды по отдельным его элементам. В этом их сходство с паровыми прямоточными котлами. Водогрейные котлы характеризуются в основном теплопроизводительностью, а также температурой нагрева воды и её давлением.

Выпускают чугунные и стальные водогрейные котлы.

Чугунные водогрейные котлы имеют небольшую теплопроизводительность (до 1,3 МВт) и применяются в системах водяного отопления отдельных жилых и общественных зданий. Они предназначены для нагрева воды до температуры 115 °С при рабочем давлении р 0,7 МПа. Чугунные котлы можно также использовать в качестве паровых с избыточным давлением пара р 0,06 МПа (ГОСТ 21563-93), при этом их оборудуют паросборниками.

Чугунные водогрейные котлы (рисунок 1) собирают из отдельных секций 1, соединяемых между собой с помощью вкладышей-ниппелей, которые вставляют в специальные отверстия 2 и затягивают стяжными болтами 3. Такая конструкция позволяет подбирать требуемую поверхность нагрева котла, а также производить замену отдельных секций в случае их повреждения.

Рисунок 1 – Схема соединения секций чугунного котла

Чугунные котлы в отличие от стальных дольше противостоят коррозии за счет большой толщины стенки поверхностей нагрева, имеют небольшие габариты и могут компоноваться как с внутренними, так и с выносными топками. В котлах с внутренними топками топочные устройства размещают внутри поверхности нагрева (между секциями). Эти котлы предназначены для сжигания высокосортного топлива (каменных углей и антрацита). В котлах с выносными топками топочные устройства располагают вне поверхности нагрева, что позволяет достаточно эффективно сжигать низкосортные виды топлива с выходом летучих (торф, древесные отходы). При необходимости в чугунных котлах (при соответствующей небольшой переделке топки) можно сжигать газообразное и жидкое топливо; при этом несколько изменяются теплопроизводительность и КПД котла [1].

Существует большое разнообразие конструкций чугунных котлов в зависимости от формы, размера, числа и расположения секций. По конструктивному оформлению котлы можно разбить на две группы: малометражные с очень малой теплопроизводительностью, предназначенные для поквартирного отопления, и котлы шатрового типа более мощные, устанавливаемые во встроенных и отдельно стоящих котельных.

К Малометражным относятся котлы ВНИИсто-Мч, КЧММ-2 и КЧМ-2.

Чугунные котлы шатрового типа Предназначены для теплоснабжения зданий и сооружений различного назначения. Вода в них нагревается до температуры 115 °С при давлении p≤0,7 МПа. Чугунные котлы в зависимости от вида сжигаемого топлива и степени механизации топочного процесса разделяются на три группы:

1) котлы с ручными топками для сжигания антрацита, каменных и бурых углей;

2) котлы с механическими и полумеханическими топками для каменных и бурых углей;

3) автоматизированные котлы для газообразного и жидкого топлива.

Стальные водогрейные котлы применяют в системах централизованного теплоснабжения. Их устанавливают в крупных квартальных и районных котельных, а также на ТЭЦ в качестве «пиковых». Теплопроиз-водительность стальных водогрейных котлов значительно выше, чем чугунных (до 209 МВт). Стальные водогрейные котлы теплопроизводительностью до 23 МВт используют для нагрева воды от 70 до 150 °С при давлении её на входе в котёл 1,6 МПа. Котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше предназначены для нагрева воды до 200 °С при максимальном давлении её на входе в котёл около 2,5 МПа.

Водогрейные котлы типа КВ-ТС, КВ-ГМ, КВ-ТСВ теплопроизводительностью до 35 МВт (30 Гкал/ч) работают под давлением воды до 2,5 МПа (25 кгс/см ), нагреваемой до 150 °С, и предназначены для покрытия теплофикационных нагрузок (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения) промышленных и бытовых потребителей, а также удовлетворения нужд технологических процессов.

Котлы КВ-ТС-10, КВ-ТС-20, КВ-ТС-30, КВ-ТСВ-10, КВ-ТСВ-20,
КВ-ТСВ-30 представляют единую унифицированную серию горизонтальных водотрубных прямоточных котлов с принудительной циркуляцией, и отличаются глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Котлы типа КВ-ТСВ комплектуются воздухоподогревателем.

Расчётным топливом для котлов типа КВ-ТС принят каменный уголь теплотворной способностью 22500 кДж/кг (5380 ккал/кг), для котлов типа КВ-ТСВ – бурый уголь теплотой сгорания 15900 кДж/кг (3700 ккал/кг). Вид и характеристика используемого топлива предопределяют необходимость применения подогрева воздуха, обязательного при работе котла на бурых углях с влажностью 25-40 %. Применение подогрева воздуха при работе котлов на каменных углях теплотворной способностью 25100 кДж/кг (6000 ккал/кг) и влажностью менее 25 % не рекомендуется из-за возможного пережога колосников.

Унифицированная серия горизонтальных, водотрубных, прямоточных котлов КВ-ГМ-10, КВ-ГМ-20 и КВ-ГМ-30 с принудительной циркуляцией спроектирована для работы на мазуте и природном газе. За исходные характеристики приняты:

- мазут М100. Состав рабочей массы: Сp= 83,0 %; Нp= 10,4 %; Оp+Np= 0,7 %; Sp= 2,8 %; Аp= 0,1 %; Wp= 3,0 %; Q = 38600 кДж/кг
(9240 ккал/кг);

- природный газ. Объемный состав: СН4= 89,9 %; С2Н6= 3,1 %; С Н = 0,9 %; С4Н10= 0,4 %; О2= 0,2 %; СО2= 0,3 %; Q = 36100 кДж/кг (8620 ккал/кг); Wp= 5,2 %.

Все котлы – для твёрдого, жидкого и газообразного топлива - сконструированы для поставки потребителю транспортабельными блоками с максимальной степенью заводской готовности. Горизонтальная топочная камера и вертикальный конвективный пучок разделены на два поставочных блока. Котлы типа КВ-ТСВ дополнительно включают один или несколько блоков воздухоподогревателя.

Поставочные блоки имеют рамы и другие устройства, обеспечивающие надёжную строповку при погрузо-разгрузочных работах и при монтаже с использованием грузоподъёмных механизмов. Маркировка блоков выполняется в соответствии со схемой разбивки котлов на поставочные блоки. Характеристика блоков приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики водогрейных котлов типа

КВ-ТС

Наименование	Марка котла
	КВ-ТС-10	КВ-ТСВ-10	КВ-ГМ-10
Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч)	11,63 (10)	11,63 (10)	11,63 (10)
Рабочее давление, МПа (кгс/см2)	1,0–2,5	1,0–2,5	1,0–2,5
Температура воды, °С:
На входе	70	70	70
На выходе	150	150	150
Расход воды, т/ч	123,5	123,5	123,5
Гидравлическое сопротивление, МПа	0,12	0,11	0,15
(кгс/см2)	(1,2)	(1,1)	1,5
Температура уходящих газов, °С	220	205	185/230
КПД, % брутто	80,9	82,8	92/88
Расход топлива, м3/ч, кг/ч	2160	3140	1290/1220
Поверхность нагрева, м2:
Радиационная	55,9	55,9	73,6
Конвективная	221,5	229	221,5
Воздухоподогревательная	-	364	-
Габаритные размеры, мм:
Длина	6400	6400	6500
Ширина	3200	3200	3200
Высота	7800	5650	7300
Масса блоков, кг:
Топочного	4060	4060	5300
Конвективного	8242	5365	8200
Воздухоподогревателя	-	5350	-

В котлах нет несущего каркаса, благодаря чему достигнуто значительное снижение металлоёмкости. Каждый поставочный блок котла имеет приваренные к нижним коллекторам опоры, количество которых зависит от теплопроизводительности котла. Неподвижные опоры расположены в месте соединения топочной камеры и конвективного блока.

Котлы, предназначенные для работы на твёрдом топливе, комплектуются пневмомеханическими забрасывателями и цепными решётками обратного хода чешуйчатого (ТЧЗ-2,7/6,5; ТЧЗ-2,7/8,0) и ленточного типов ТЛЗ-2,7/4,0 для котлов КВ-ТС-20, КВ-ТСВ-20, КВ-ТС-30, КВ-ТСВ-30, КВ-ТС-10, КВ-ТСВ-10 соответственно.

Теплонапряжение топочного объёма в слоевых котлах тепло-проиводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч) составляет 350×103 Вт/м3 [300×103 ккалл/(м3×Ч)], теплопроизводительностью 23,3 МВт (20 Гкал/ч) – 440×103 Вт/м3 [337×103 ккал/(м3×ч)], теплопроизводительностью
34,9 МВт (30 Гкал/ч) – 520×103 Вт/м3 [448×103 ккал/(м3×ч)].

Топки снабжены устройствами возврата уноса угольной мелочи и острым дутьём. Из двух бункеров, находящихся под конвективной шахтой, угольная мелочь эжектором возврата уноса по системе трубопроводов подаётся в топку. Воздух на эжектор и на острое дутьё в котлах теплопроизводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч), 23,3 и 34,9 МВт (20 и 30 Гкал/ч) подаётся вентилятором.

Применённые топочные устройства обеспечивают факельно-слоевое сжигание топлива, которое горит непосредственно на решётке (в слое) и во взвешенном состоянии в объёме топочной камеры. Процессы заброса топлива на колосниковую решётку, шурования слоя и удаления шлама механизированы. При работе топки на заднюю часть решётки забрасывается большая доля топлива, чем на переднюю. Благодаря принятому направлению движения полотна решётки (к фронту котла) обеспечивается более полное сжигание топлива при минимальном механическом недожоге.

Устройство котлов на примере котлов теплопроизводительностью 11,63 МВт (10 Гкал/ч) показано на рисунке 2.

Горизонтальная топочная камера котлов в поперечном разрезе не превышает железнодорожный габарит. В газомазутных котлах топочная камера полностью экранирована. В котлах, работающих на твёрдом топливе, под и фронтовая стена топочной камеры не экранированы. Все экраны выполнены из труб диаметром 60 3 мм, присоединяемых непосредственно к коллекторам диаметром 219 10 мм.

Для организации движения воды по секциям экранов в коллекторах установлены перегородки. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка, которая образует камеру догорания. Трубы топочных экранов размещены с шагом 64 мм, а экраны промежуточной стенки с шагами S1=128 мм и S2= 182 мм (установлены в два ряда).

Конвективная поверхность нагрева образуется конвективными пакетами, фестонным и задними экранами и расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенками.

Рисунок 2 – Устройство котла КВ-ТС-10

А – продольный разрез; Б – схема циркуляции; 1 - боковой левый
экран, вход воды; 2 – боковой правый экран; 3 – поворотный экран;
4 – фестонный экран; 5 – пять левых секций конвективного блока;
6 – шесть правых секций конвективного блока; 7 – задний экран;
8 – забрасыватель топлива; 9 – цепная решётка; 10 – вентилятор острого дутья и возврата уноса; 11 – выход воды

Боковые стенки выполнены из вертикально расположенных труб диаметром 83 3,5 мм, расположенных с шагом 128 мм, объединённых камерами диаметром 219 10 мм. Эти трубы, в свою очередь, объединяют U-образные змеевики, выполненные из труб диаметром 28 3 мм. Змеевики расположены таким образом, что в конвективной шахте трубы образуют шахматный пучок с шагами S1 =64 мм и S2 = 40 мм. Цельносварная передняя стенка шахты, являющаяся одновременно задней стенкой топки, в нижней части разведена в четырёхрядный фестон с шагами труб S1 = 256 мм и S2 = 180 мм [2].

Рассмотрим конструкцию и параметры водогрейных котлов на примере продукции ОАО «Бийский котельный завод» (БиКЗ) (табли-
ца 2). Более подробно остановимся на производимой ОАО «БиКЗ» серии котлов «Гефест».

1.1.1 Комплектация котлов «Гефест»

Котлы водогрейные водотрубные КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп) и КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп) номинальной теплопроизводительностью 1,8 (1,55) и 2,5 (2,15), 3 (3,5) МВт (Гкал/ч) с рабочим давлением до 0,6 МПа (6 кгс/см2) предназначены для получения горячей воды с номинальной температурой на выходе из котла 95 °С, используемой в системах централизованного теплоснабжения на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назна­чения, а также для технологических целей предприятий различных отраслей.

Котлы являются представителями серии водогрейных котлов с одинаковым по­перечным разрезом и изменяющейся глубиной топочной камеры и конвективной шахты в диапазоне теплопроизводительности от 1,8 до 3,5 МВт.

Установка, монтаж, ремонт, реконструкция, модернизация и первый пуск кот­ла в эксплуатацию должны выполняться специализированной организацией в стро­гом соответствии с проектом котельной и с технической документацией котла и комплектующих изделий.

Пример условного обозначения котлов при заказе и в других
документах: котел водогрейный теплопроизводительностью 1,8 МВт;
2,5 МВт с темпера­турой воды на выходе 95 °С с топкой типа шурующая планка (ТШПм):

Котел КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп) ТУ 24.256-2003;

Котел КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп) ТУ 24.256-2003.

Комплектность котла должна соответствовать:

00.8009.108 - котлы КВм-1,8КБ (Гефест-1,8-95Шп);

00.8009.113 - котлы КВм-2,5КБ (Гефест-2,5-95Шп).

Таблица 2 - Комплектующие котлов водогрейных отопительно-производственных ОАО «БиКЗ»

Наименование оборудования ГОСТ/БиКЗ	Комплектация
Котел	Экономайзер стальной (чугунный) / воздухо­подогреватель	Вентилятор	Дымосос	Горелка	Топочное устройство	Насос	Водоподготовительное оборудование	Автоматика управления и безопасности	Примечание
1 КВ-0.4КБ КВС-0.4- 95Р	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.330	—	—	Д-3.5М-1500. Входит состав блока котла	—	Ручная, встроена в блок котла	К-20/30 (Каменский металлозавод)	*ВПУ-1 или АНУ-35 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
2 КВ-0.6КБ ДЕВ-0.5-95Р	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.296	*ВП-0-65	ВД-2.8-3000. Входит в состав топки	ДН-6.3-1500	—	ТР-0.96/1,6	*К-45/30 (Каменский металлозавод)	*АНУ-35 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
3 КВр-0.7К КВЕ-0.7-115Р	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.495	—	ВД-2.7-3000	Д-3.5М- 1500 или *Д-6.3-1500	—	Ручная, встроена в блок котла	*по проекту котельной	*ВПУ-1 или ВПУ-2.5	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-2-1
4 КВр-0.4КБ Гефест-0.4-95ТР	Блок котла в изоляции и обшивке	—	ВД-2.7-3000. Входит в состав топки	*по проекту котельной	—	ТР-0.9×1,1	*по проекту котельной	*по проекту котельной		*золоуловитель 1 Ц-1.5-400
5 КВМ-18КБ Гефест-1.8-95Шп	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.625	—	ВД-2.8-3000. Входит в состав топки	ДН-8-1500	__	ТШПм-2,0	*Q=60 м3/ч Р=0,6 МПа (6 кгс/см2)	*по проекту котельной	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-1-2; *система топливопо-дачи и ШЗУ по проекту котельной
6 КВ-Р-2.0-95 ДСЕВ-2.0-95ШГ	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.522	ВП-О-85	ВД-2.8-3000. Входит в состав топки	ДН-9-1500	—	ТШПм-2,5	ПДН-80/70	*ВПУ-3.0 или *АНУ-70 (Теплоавтоматика, Г. Бийск)	Комплект автоматики	*золоуловитель ЗУ-1 -2; *система топливо-подачи и ШЗУ по проекту котельной
7 КВ-Р-1.74-115 КЕВ-2.5-14-115 С-О(ПТЛ-РПК)	Блок котла в изоляции и обшивке	*БВЭС-1-2 (*ЭБ-2-94 И)	ВДН-8-1500	ДН-9-1500	—	*ПТЛ-РПК-2-1.8/1.525	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*циклон ЦБ-16; *система топливо-подачи и ШЗУ по проекту котельной
8 КВ-Р-17.4-115(150) КЕВ-25-14-115 (l50)C(TЧЗM)	3 блока: конв. блок / передн. топочн., блок / задн. топочн. блок либо россыпью	БВЭС-V-I (*ЭБ-1-646И)/*ВП-0-228	ВДН-12.5-1000	ДН-17Х-1000	—	*ТЧЗМ-2.7/5,6	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*циклон ЦБ-42 (2 шт.); *система топливо-подачи и ШЗУ По проекту котельной

13

Продолжение таблицы 2

Наименование Оборудования ГОСТ/БиКЗ	Комплектация
Котел	Экономайзер стальной (чугунный)/ воздухо­подогреватель	Вентилятор	Дымосос	Горелка	Топочное устройство	Насос	Водоподготови-тельное оборудование	Автоматика управления и безопасности	Примечание
9 КВм-1.8Д Гефест-1.8-95ТДО	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.579	*ВП-О-85	*ВД-3-3000 (2 шт: один входит в состав топки, другой вхо-дит в состав котла)	*ДН-8-1500	—	ТДО-2,0	*Q=60 м3/ч Р=0,6 МПа (6 кгс/см2)	*по проекту котельной	Комплект автоматики	•золоуловитель ЗУ-1 -2 |
10 КВ-Д-К 74-1 15 КЕВ-2,5-14-1 15-0	Блок котла в изоляции и обшивке	*ВП-О-140	*ВДН-8-1500	*ДН-9-1500	—	Предтопок Скоростного Горения	* по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*циклон ЦБ-16
11 КВ-Д-4.65-115 КЕВ-6,5-14-1 15МТ-0	Блок котла в изоляции и обшивке	*ВП-О-300	*ВДН-8-1500	*ДН-9-1500	ГМ-2.5сЗЗУ. Входит в состав блока котла	Предтопок Скоростного Горения	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	* циклон ЦБ-42 I
12 Ква-0.25Гн Астра-В-0.25Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00. 9050.410	—	Входит в состав горелки		WG40 с удлинением на 100 мм (Weishaupt)	—	К-20/30 (Каменский Металлозавод)	*ВПУ-1,0	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
13 КВа-0.55Гн КВС-0,55-95Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.385	—	Входит в Состав Горелки		ГБГ-0.6 (г. Брест)	—	К-20/30 (Каменский Металлозавод)	*ВПУ-1,0 или АНУ-35 (Теплоавтоматика, Г. Бийск)	Комплект автоматики	*оборудование Подготовки топлива по проекту котельной
14 КВ-0.7ГН КВЕ-0,7-115Гн	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.505	—	ВД-2. 7-3000	*Д-3,5М-1500	ГГ-1 (г. Мытищи). Входит в состав блока котла	—		*ВПУ-1,0 или *ВПУ-2,5	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
15 КВа-2.5Гс Прометей-2,5-ПэГс	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.595	—	Входит в состав горелки		G9/1-D (Weishaupt)	—	*Q=48 м3/ч Р=0,3 МПа (3кгс/см2)	*по проекту котельной	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
16 КВ-1.6Г**ДЕВ-1,4 -95Г	Блок котла в изоляции и обшивке 00. 9050.313	(СЭБТ-2-43)	ВД-2,8-3000	*Д-6,3-1500 без экономайзера или *ДН-8-1500 с экономайзером	ГГ-2 (г. Мытищи). Входит в состав блока котла		*ЦН-80/70	*ВПУ-3,0 или *АНУ-70 (Теплоавтоматика, г. Бийск)	Комплект автоматики	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
17 Е-4-1,4ГМ ДЕВ-4-14ГМ-0	Блок котла в изоляции и обшивке 00.9050.236	*БВЭС-1-2(ЭБ-2-94И)	*ВДН-8-1000	*ВДН-9-1000	ГМ-2,5 с ЗЗУ. Входит в состав блока котла	—	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*по проекту котельной	*оборудование подготовки топлива по проекту котельной
Примечания: 1 Изделия в таблице, отмеченные знаком *, не входят в заводской комплект поставки (компоновку), поставляются отдельным транспортным местом по дополнительному договору с заказчиком 2 В таблице указано рекомендуемое комплектующее оборудование, марка комплектующих уточняется при выполнении проекта котельной

Комплектность может быть изменена по согласованию с заказчиком. В комплект котла входят:

- блок котла в обшивке и изоляции;

- рама;

- механическая топка с шурующей планкой (ТШПм) с комплектующими (вен­тилятор, воздуховод);

- комплект автоматики;

- предохранительная и запорно-регулирующая арматура, контрольно-измерительные приборы.

Блок котла, рама, топка и отдельные узлы, входящие в состав котла, но не установленные на блоке и топке из-за условий транспортировки, поставляются от­дельными грузовыми местами, а запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, сборочные единицы и детали поставляются упакованными в ящики со­гласно комплектовочным ведомостям котла и топки (ДВК).