Я маю намір зробити 5 частин по системам, з якими я в різному ступені знаком і з якими стикається або не стикалися більшість учасників нашої спільноти: котельні, теплові мережі, опалення, вентиляція, кондиціонування. Пости дуже довгі, але при цьому інформація в них буде сама загальна. Розповідати я збираюся про загальні принципи роботи, без глибокого колупання і хитромудрих формул, інакше всю розповідь перетвориться в тужливий болото (та й формули я пам'ятаю далеко не всі).
Тема першої частини не зовсім в моїй спеціалізації, але в загальних рисах, що до чого і як воно працює, все одно напишу, бо комфорт в типовій квартирі, всі ці "притулити ніжки до батареї", "покласти Трикон, щоб вранці одягти теплі ", та й взагалі« не замерзнути взимку "починаються з головного - з котельні. Фахівців прошу сильно мене не лаяти і питань на засипку в цій частині не ставити, але ось поправляти і виправляти помилки дуже навіть прошу.
Отже, ось воно - серце, полум'яний мотор і джерело життя будь-якого району в будь-якому місті середньої смуги і вище - котельня:
Тут ви швидко фотографіях представлена Самарська ТЕЦ (теплоелектроцентраль). Тепло-електро -централью вона називається тому, що виробляє не тільки теплову, а й електричну енергію. Яким чином це відбувається напишу трохи нижче.
Головний агрегат в будь-який котельні - це, звичайно, котел:
На даній картинці представлений паровий котел ДКВР-6,5 без кожуха. До речі, висота цієї штуки 5 метрів з хвостиком або майже 2 поверху. У цій серії висота котлів досягає 9,6 метрів, а ось наприклад котел ГМ-50-14 в довжину 18 метрів, завширшки 11, а в висоту 14,6 метра (це, на секундочку, приблизно 5 поверхів).
Принцип дії такий дуринда полягає в тому, щоб перетворити хімічну енергію палива (вугілля, мазуту, газу, дерева - та чого завгодно, лише б горіло) в теплову енергію теплоносія (води, пара, холодоагенту - так знову ж чого завгодно, лише б по трубах бігало). Простіше кажучи, ми спалюємо паливо, гарячі продукти згоряння нагрівають теплоносій, а він в свою чергу подається далі - або на нагрів чогось ще, або безпосередньо в теплову мережу. До речі, первинний теплоносій бігає як раз з тих трубках, які в достатку зображені на малюнку вище. За підйомним трубках теплоносій піднімається з нижнього барабана в верхній, по опускним - назад.
Наскільки я знаю, в даний час пряма подача первинного нагрітого теплоносія використовується тільки в побутових котлах, які встановлюються в окремо взятому будинку. У промислових установках первинний теплоносій завжди йде на теплообменік, в якому він нагріває теплоносій вторинний (якраз ту воду, яка потім йде в тепломережі по всьому місту):
На картинках вище представлений водо-водяний теплообмінник, саме за допомогою нього відбувається теплообмін між первинним і вторинним теплоносієм. Холодна вода біжить по трубах, а гаряча - в просторі між ними (або навпаки, не пам'ятаю хоч убий). Через стінки трубок вони обмінюються тепловою енергією, одна водичка остигає, друга нагрівається, все дуже просто. Приблизно так само виглядає пароводяної теплообмінник:
Тільки у нього в трубках завжди тече холодна (нагрівається) вода, а в просторі між ними - пар. Пов'язано це з тим, що пар при охолодженні конденсується, тобто перетворюється в воду, і відкачується знизу через патрубок. Теж все просто.
Як бачимо, існує два основних процеси в котлах: нагрів води і приготування пара (прямо так і називається). Якщо з першим все зрозуміло, ми стикаємося з ним постійно, то ось парові котли - річ більш універсальна. Саме через них ми називаємо котельні тепло-електро -централямі.
Додам зображення котла ДЕ, щоб легше орієнтуватися:
Так ось, ми нагріли воду в нижньому барабані і за рахунок величезного теплопритоку вода починає перетворюватися в пар, який накопичується у верхньому барабані. Та не просто накопичується, а під великим тиском (уявіть, що ви варите пельмені під кришкою з дірочкою - з цієї дірочки відбувається чух-пух сантиметрів на 20). Під цим тиском пар надходить на пароводяної теплообмінник, а далі інженери придумали геніальну річ.
Вони побачили, що після теплообмінника залишається велика кількість пара, яку доведеться охолодити, щоб подати назад в котел. Для цього доведеться будувати якісь установки, в яких мало того буде губитися енергія цього залишився пара, так ще буде витрачатися робота на його охолодження. І щоб не виконувати всіх цих контрпродуктивних дій, вони придумали пар подавати на турбіну, ось таку:
Принцип дії простий донезмоги: пар під тиском подається в кожух турбіни, за рахунок його кінетичної енергії турбіна крутиться. А на її валу встановлений електродвигун зворотної дії (прошу вибачення у електриків, я в цьому питанні нуль, називаю як уявляю). Тобто ротор двигуна обертається, штучно створюючи змінне магнітне поле, а це поле в свою чергу створює змінний струм. Одним джерелом закриваємо дві потреби - в теплової та електричної енергії.
До речі, ті самі горезвісні димові гази або продукти згоряння після котла через димовий тракт відправляються в димові труби, по яких завжди можна визначити котельню здалеку:
Ці труби не дарма такі високі, в них за рахунок різниці щільності гарячих газів і холодного повітря виникає природне гравітаційне тиск, який допомагає газам вилетіти вище. А якщо його виникає недостатньо, то підключають димові вентилятори. Питання тиску ми докладніше розглянемо в частині про вентиляцію.
В принципі, ми розглянули основний процес, що відбувається в котельні: спалювання палива - нагрівання первинного теплоносія - нагрівання вторинного теплоносія - подача його в мережу. Після цього весь цикл повторюється, але щоб описати його повністю, потрібно розповісти про інші частини комплексу теплопостачання.
Тепер деталі, цифри, всякі цікаві штуки, самі явні відмінності від побутових систем:
1). Основний тип котелень в більшості великих міст - газові з паровими котлами. У них подача палива проводиться через пальники (ГМ, ГМГ і інші):
Але у віддалених районах, або там, де немає централізованого газопостачання, використовуються інші види палива, в основному це вугілля, мазут, дерево, т.зв. гранули, торф і всяке таке. Спалювання мазуту може проводитися через газові пальники, вони найчастіше універсальні. А ось для спалювання твердого палива використовуються колосникові решітки:
Шматки палива спочатку дроблять, щоб швидкість горіння і передачі енергії були максимальні, потім отриману крихту насипають на решітку і далі вона як у фільмі жахів повільно рухається в розпечене жерло камери згоряння. Процес цей повинен відбуватися безперервно, тому що при згасанні полум'я доведеться знову розпалювати першу порцію палива, а це перебій передачі тепла, печалька у споживача, звільнення за статтею у оператора котельної установки.
2). Друга незвичайна в побуті деталь була видна в першій, це дуттьові вентилятори на пальниках, ось вони на передньому плані у кожного котла:
Зі шкільного курсу хімії всі пам'ятають, що горезвісне горіння - це насправді екзотермічна реакція окислення горючої речовини. Іншими словами, це реакція палива і окислювача з виділенням теплоти. Окислювачем в разі горіння палива в котлі є кисень, що міститься в повітрі (так само як і у випадку з газовим пальником на плиті, хіба що у котла бомбить веселіше). В якості палива приймемо природний газ, основну масу якого (70-98%) становить метан. Реакція окислення метану в кисні виглядає так:
Тобто на кожну молекулу метану потрібні дві молекули кисню. Крім того ми пам'ятаємо, що кисню в атмосферному повітрі всього лише 23% по масі. Разом на кожен кілограм метану в газовому паливі нам потрібно 8,7 кг атмосферного повітря (все це приблизні, просто щоб представити порядок цифр).
Так ось, витрата газу для котла ДЕ 10-14 (співрозмірний з котлами на попередніх картинках) становить 710 кубометрів на годину. Відповідно, повітря для спалювання цього газу потрібно 710 * 8,7 = 6 177 кубометрів на годину. Шість тисяч! Це майже два кубометри в секунду. Ось для прикладу один кубометр цегли:
І ось для подачі на пальник двох таких обсягів щомиті і потрібні дуттьові вентилятори.
3). Всі пам'ятають, що вода кипить при температурі 100 # XB0; С. Але насправді, температура кипіння будь-якої речовини залежить від тиску, і чим воно вище, тим вище дана температура (і навпаки). Цим пояснюється той факт, що яєчко на високій горе не звариться в окропі і залишиться сопливих, просто тиск там нижче і температура кипіння теж. В котлах ж ситуація назад протилежна.
У водогрійних котлах кінцева температура води може досягати 150 # XB0; С і вище. Кипіння при цьому не допускається, тому що пар має набагато більший питомий об'єм, ніж у води (простіше кажучи, це трах, бабах, фонтан перегрітої води і зупинка котельні).
Тому тиск в котлі повинно бути строго певним, наприклад для 150 # XB0; С воно складає не менше 5 атмосфер (для порівняння, це тиск людина відчує на глибині 40 м під водою (1 атмосфера повітряна + по одній атмосфері на кожні 10 м води).
У парових котлах ситуація ще веселіше. Температура води обмежена температурою кипіння при певному тиску, далі вона перетворюється в пар. А ось у пара ці параметри по суті не обмежені (насправді обмежені критичною точкою, але там все складно і такі температури на практиці не використовуються). Наприклад, в здоровенному казані ДЕ-25-24-380 пар нагрівається до температури 380 # XB0; С і тиску в 23 атмосфери! Це тиск на глибині в 220 м.
4). Всі звертали увагу на ознаки будь-якого індустріального району - величезні жахливі труби, дихаючі отруйними газами і отруйними нещасних городян, скорочуючи їх без того коротку і сумну життя:
Насправді, це абсолютно нешкідливі пристрої - градирні. Їх завдання, всього-на-всього, охолоджувати надходить з теплової мережі воду. Коли восени запускають котельню, температура на вулиці досить висока і за рахунок низької тепловіддачі вода в котельню повертається дуже теплою.
Так як регулювати тепловіддачу в котлі ми особливо не можемо, а подавати теплу воду на нагрів небезпечно (підвищується кінцева температура води, за нею тиск, а потім трах-бабах з попереднього пункту), воду для додаткового охолодження подають в ці градирні, де вона стікає по стінках з великої висоти по великій площі і остигає. Так що "отруєні гази" це всього лише водяна пара.
До речі, зверніть увагу, працюють всі три градирні та на деревах висять листочки, це означає що на вулиці ну прям дуже тепло, а котельню вже запустили. У міру похолодання і збільшення тепловтрат їх відключатимуть.
У статті досить багато неточностей, і не коректних термінів. Пальники ГМ і ГМГ так названі, так як є газомазутними, і забезпечені форсункою для зжіганія підігрітого мазуту. Але це не означає що спалювання мазуту може відбуватися в газових пальниках, і навпаки спалювання газу в мазутних пальниках.
Для зжиганія твердого палива (в основному вугілля) в сучасному світі найчастіше використовують пиловидне паливо, для чого на електростанціях є спеціальні пило підготовчі цеху (Включають в себе: сушарки, грохоти, млини.). Вугільний пил подається в топку через спеціальні пальники (їх багато видів найчастіше вони забезпечені мазутними форсунками, для попереднього розігріву топки). Залежно від марки вугілля конструкції топки розрізняються, є топки з гарячою лійкою (до 90% шлаку випливають через лійку.), І топки з холодною воронкою (до 80% золи йде з димовими газами, перед викидом в атмосферу є золоуловители і інші системи фільтрації .).
Є також котли, де згорання твердого палива відбувається в киплячому шарі.
Розкрити гілка 2
На жаль, мої знання в котельних зібрані з одного теоретичного курсу і однієї курсової роботи, але я не намагався вказувати точних деталей, тільки принципи. А про киплячий шар цікаво, чесно кажучи вперше про це почув.
Розкрити гілка 1
Якщо пам'ять не зраджує, то вони називаються з відкритою камерою згоряння. Я сьогодні підручник знайду, залишився з універу, пошукаю розділ з описом таких котлів.