Мастер-Ватт

Технологии и оборудование
для промышленных котельных


Сравнение конструкции котлов: жаротрубная или водотрубная

 

Проведем сравнение по следующим критериям.

СРАВНЕНИЕ ПО ИСПОЛЬЗОВАННОМУ ТОПЛИВО
Жаротрубные котлы предназначены  преимущественно для сжигания высококачественного газообразного топлива (природный газ, бытовой газ, пропан, бутан и другие газы не содержащие твердых частиц), а также для сжигания жидкого топлива (дизель, легкий мазут).
Горение происходит в пламенной трубе котла. Цилиндрическая форма топки должна соответствует форме факела,  при этом форму топки можно экономически рассчитать для почти идеального процесса горения.

Пламенная труба котлов жаротрубной конструкции не подходить для сжигания топлив с большим содержанием горючих летучих веществ.Чем топливо "моложе", тем содержание в нем летучих веществ больше. 

Бурый уголь, древесина, солома и другие подобные виды топлива имеют высокое содержание летучих веществ. Для таких видов топлива требуется больший объем камеры сгорания. Летучие горючие вещества образующиеся при горении твердого топлива в виде газа должны догорать в объеме топки над топливной решеткой. В связи с этим пламенная труба жаротрубных котлов не подходить для сжигания. 

Однако антрацит или качественный каменный уголь имеют низкое содержание летучих веществ поэтому эти виды топлива  можно сжигать в топках в виде пламенной трубы.

  Сжигание твердого топлива в топках котлов жаротрубной конструкции с цилиндрической пламенной трубой

Помимо углей в таких топках можно сжигать и древесное топливо, но с низким содержанием влаги, до 10-15% или древесное топливо в виде гранул, зернистостью до 30 мм.

Однако надо помнить, что при сжигании твердого топлива  с низким содержание горючих летучих веществ в цилиндрических топках невозможно достигнуть такого качества сжигания как в камерах водотрубных котлов.  Водотрубные котлы имеют камеру сгорания в виде призмы (вертикальная или горизонтальная), которая не подходить для сжигания "качественного" топлива.  Форма пламени при работе горелки представляет собой "цилиндр"  и объем топки используется не полностью.  Также  смешение топлива и окислителя  хуже, чем  в пламенной трубе жаротрубного котла.

В отличии от камерной топки, в пламенной трубе происходит более интенсивный теплообмен. Так на 1 м2 теплообменной поверхности передается большее количество тепла, чем в водотрубной топке. Это связано с тем, что передачи тепловой энергии передается тепловым излучением и конвекцией.  Доля конвекции составляет 40 - 45 %, которая обеспечивается высокой скоростью дымовых газов вдоль стен за счет вращения пламени. Чем выше скорость дымовых газов, тем передача тепла  больше. 
У водотрубной топки тепло передается в основном излучением. Скорость дымовых газов у стен очень мала.

СРАВНЕНИЕ ПО КОНСТРУКЦИИ
Жаротрубные котлы широко применяются, потому что они дешевле, чем водотрубные. 
Жаротрубный котел состоит из цилиндрической части,  прямых  дымогарных труб и трубных "досок". Производство этих элементов и изготовление котла в целом значительно дешевле, чем производство трубных экранных стен водотрубного котла.

Цена котла приведенная к 1 кВт (Евро/кВт)  является важным параметром для достижения успеха на рынке. Некоторые компании снижают этот параметр за счет размеров котла, при этом  котел имеет меньший паровой объем (для паровых котлов), чем требуется для данной производительности.  Все это ведет к уменьшению прочности, качества и увеличению вредных выбросов. 

Топка водотрубных котлов состоит из трубных экранов. Экраны образуются из набора труб. Вверху и внизу трубы присоединяются к сборным камерам. В нижнюю камеру вода подается из барабана котла по не обогреваемым трубам. Верхняя камера соединяется с барабаном.  С точки зрения циркуляции воды   решение является сложным.  

В жаротрубной конструкции  циркуляция  воды и пароводяной смеси  происходит в корпусе котла, естественным способом и является абсолютно надежной. 

ТРАНСПОРТИРОВКА И МОНТАЖ
Жаротрубные котлы требуют существенно меньшую трудоемкость при производстве и значительно меньшие затраты на транспортировку и монтаж, чем водотрубные котлы.
Жаротрубные котлы поставляются в виде готового продукта как единое изделие. Требуется только установить котел на основание, смонтировать горелочное устройство, минимальный набор арматуры и КИПиА. 

Водотрубные котлы как правило поставляются частями. Сборка и монтаж являются гораздо более трудоемкими. Для более крупных размеров экранные "стены" могут монтироваться только  в котельной. Изоляция также оснащается в котельной. 

ОГРАНИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ
Котлы водотрубной конструкции  могут иметь более высокие параметры  по давлению и мощности. Барабан водотрубного котла меньше, в следствии чего, толщина стенки для высоких давлений  меньше, чем у большего диаметра корпуса жаротрубного котла. Трубы в котле также могут быть рассчитаны на большее давление. 
У котлов жаротрубной конструкции давление ограничено  толщиной стенки пламенной трубы и задней цилиндрической  поворотной камерой. Она ограничена 20 мм (максимально на 22 мм.) Увеличение толщины задней стенки  метод расчета  на прочность не допускает. Пламенная труба и задняя поворотная камера являются цилиндрическими частями, которые находятся под нагрузкой внешнего давления. Чем выше производительность котла и давления в котле, тем больше средний диаметр и длина пламенной трубы/поворотной камеры и, следовательно, необходимость применения большей толщины стенок. 
Ориентировочно, жаротрубные паровые котлы среднего давления  с давлением 10 - 12 бар,  можно изготовить  до 24 т/ч пара (около 15600 кВт)
Или  в крайнем случае до 30 т/ч. пара.   При давлении 18-20 бар можно рассчитать мощность на уровне  15 т/ч пара (9750 кВт)
Для водотрубных котлов таких ограничений нет.