Котельной принято называть отдельно стоящее строение или целый комплекс зданий и сооружений, в которых размещаются котельные установки и вспомогательное оборудование для выработки тепла или пара.

Основной задачей котельной является обеспечение потребителей горячей водой и/или паром, которые используются для нужд теплоснабжения и в производственных процессах.

Выработка тепла осуществляется в котлах посредством процессов радиационного и конвективного теплообмена между сжигаемым топливом и нагреваемой средой.

Существует несколько вариантов котельных, которые различаются по типу используемого топлива, котлов для выработки теплоносителя, месту расположения.

Каждая котельная выполняет свои функции и предназначена для определенных нужд.

Чаще всего паровые котельные используются для нужд промышленности и сельского хозяйства, а различные виды водогрейных котельных служат для систем теплоснабжения и обеспечения потребителей горячей водой./

Классификация котельных

По типу расположения

По типу расположения котельные бывают:

  • центральные;
  • районные;
  • индивидуальные и блок-модульные.

Центральные котельные

Центральные котельные предназначены для снабжения энергоресурсами множества объектов от одного производителя тепловой энергии. Выработанные в котельном агрегате пар или горячая вода по системе трубопроводов передаются конечным потребителям.

Такая схема теплоснабжения была широко распространена до недавнего времени. Плюсом является то, что теплом обеспечиваются жилые дома и предприятия, находящиеся на некотором удалении от котельной.

Главным и самым существенным недостатком центральных котельных является разветвленная сеть трубопроводов. Сети требуют постоянного обслуживания, температуру удаленных потребителей сложно поддерживать и регулировать в нормативных пределах, обширные тепловые сети имеют высокие потери тепла, что приводит к перерасходу топлива. Котельная, работающая на такие сети, тянет на себе обширное хозяйство всех сетей, затраты на обслуживание мощных котлов и вспомогательного оборудования, большое потребление топлива.

Районные котельные

Районные котельные предназначены для обеспечения тепловой энергией части города. Их располагают в центре застройки чтобы обеспечить равномерное распределение тепла по всем потребителям.

Районная котельная имеет то же оборудование, что и центральная, только меньшей мощности. Ее сооружение требует меньших капиталовложений и проходит в более короткие сроки.

Такой вариант теплоснабжения удобен для вновь возводимых районов, находящихся на значительных расстояниях от крупных центральных котельных.

В настоящее время, как правило, каждый вновь строящийся микрорайон имеет свою районную котельную или тепловую станцию.

Индивидуальные котельные

Еще более компактными являются индивидуальные и блок модульные котельные.

В последнее время они получили широкое распространение. Такие котельные могут обслуживать один дом или несколько близлежащих объектов теплоснабжения.

Их можно устанавливать в труднодоступных районах, там, где невозможна прокладка трубопроводов.

Большим преимуществом индивидуальных котельных является их независимость от состояния тепломагистралей, возможность регулировки параметров теплоносителя по желанию потребителя.

По типу используемого топлива

Газовые котельные

Для работы газовых котельных в зависимости от требований производства и доступности топлива могут быть использованы различные типы газа.

Наиболее распространенным является природный газ, который поступает на котельную централизованно как правило из трубопроводов системы газоснабжения.

Другим менее распространенным видом газового топлива является пропан бутановые смеси (СУГ). Это сжиженный нефтяной газ, который хранится в газгольдерах у котельных. Преимуществом использования этого газа является независимость от централизованного газоснабжения. А к недостаткам нужно отнести высокую стоимость газа и необходимость обслуживания дорогостоящего оборудования для хранения.

Кроме того, качество СУГ сильно зависит от поставщика. Естественно, все хотят съэкономить, СУГ приходит скажем так, не совсем чистый. Само собой, горелки и котлы от этого дольше не прослужат.

Конечно, мы должны упомянуть и биогаз, производимый из органических отходов, например навоза или отходов пищевой промышленности. Это биологически безопасное топливо, но его производство ограничено. Связано это с тем, что эксплуатация ферментаторов биогаза в зимний период зачастую требует большего количества тепла, чем будет получено при его сжигании.

Сжиженный природный газ (СПГ) получается из природного газа при его охлаждении с сохранением всех топливных свойства природного газа. Такой вариант топлива можно использовать в удаленных районах, в которых отсутствуют газопроводы. Данный метод на текущий момент пока является дорогостоящим, но многие ожидают, что по мере оптимизации и удешевления систем хранения — за СПГ будущее.

Еще один вид газа — синтетический, получается при сжигании угля, древесных отходов и других источников. Использование его ограничено из-за высокой стоимости получения такого типа топлива.

Твердотопливные котельные

В качестве топлива в таких котлах могут использоваться уголь, дрова, пеллеты, топливные брикеты, древесная щепа, опилки, торф и прочее.

Такой тип котельной установки используют при недостатке электрической энергии и отсутствии газоснабжения.

Это практичный способ обогрева мелких производств, особенно деревообрабатывающих.

Недостатками является необходимость постоянного контроля за процессами горения, трудности в части автоматизации процесса и вредного воздействия на окружающую среду.

При сжигании угля в топочных устройствах в атмосферу выделяются оксид углерода, оксид азота, бензапирен, диоксид серы, диоксид азота. Кроме того, в воздух попадают мелкие несгоревшие частицы топлива, сажа и зола. Все это рассеивается в воздухе и оседает на прилегающей территории.

Для уменьшения вредного воздействия угольных котельных на окружающую среду вырабатывают оптимальные режимы горения, позволяющие максимально сжигать топливо, устанавливают золоуловители и фильтры.

Мазутные котельные

Котельные установки на мазуте могут использоваться как автономные или как часть комбинированных установок, где мазут выступает в качестве резервного топлива.

Используют мазут марок М100 и М40. Преимуществами мазутных котельных являются относительно низкая стоимость топлива, его доступность в отдаленных районах, сравнительно высокая пожарная безопасность, отсутствие многочисленных разрешений для начала работы.

К недостаткам можно отнести необходимость устройства мазутохранилища и периодическую чистку всех систем, неприятный запах топлива, недостаточную экологичность по сравнению со сжиганием природного газа. Мазут перед сжиганием необходимо подогревать, в зимнее время этот процесс требует больших затрат тепловой или электрической мощности.

По типу устанавливаемых котлов

При эксплуатации котельных используются следующие виды котлов:

  • паровые;
  • водогрейные;
  • термомасляные.

Паровые котлы

Паровой котел — это устройство, служащее для выработки пара высокой температуры и давления из подготовленной воды.

По своему принципу действия котлы подразделяются на водотрубные и жаротрубные.

Водотрубные котлы представляют устройство состоящее из двух частей, топки экранированной большим количеством труб, в которых циркулирует вода и конвективной части, где сгоревшие газы проходят сквозь кассеты из труб меньшего диаметра. В топке происходит радиационная передача тепла. В конвективной части — конвективная передача тепла. При нагреве вода превращается в пар, за счет большой площади нагрева процесс превращения воды в пар происходит достаточно быстро.

Такая конструкция котла называется прямоточной.

В котлах барабанного типа присутствует такое устройство как барабан, в котором не только собирается пар, но и отделяется от него конденсат, возвращаемый в систему.

Применение нескольких последовательно установленных котлов барабанного типа позволяет получить сухой пар высокой температуры. Его можно сжимать до высокого давления, что необходимо в производственных процессах.

В жаротрубных же котлах все наоборот. В большую емкость (она же корпус котла) с водой вставлена жаровая труба, в которой происходит процесс горения. Сгоревшие газы проходят через систему дымогарных труб сквозь ту же емкость, передавая оставшееся тепло воде. Внутри корпуса омывая топку и дымогарные трубы циркулирует вода, которая и преобразуется в высокотемпературный пар.

У такой конструкции парового котла есть большой недостаток — высокое давление конечного продукта, поэтому котлы необходимо оснащать дорогой и сложной системой безопасности.

В паровых котлах вырабатывается разный тип пара: перегретый и насыщенный.

Перегретый имеет температуру до +500°С, в нем отсутствуют водяные капли и взвеси.

Насыщенный пар образуется при температуре +100°С, он быстро остывает и образует конденсат, который возвращается в установку.

Паровые котлы применяются:

  • в теплоэнергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве;
  • в металлургической и химической промышленности;
  • в медицине;
  • для пастеризации продукции в кондитерской, молочной и мясной отраслях;
  • в строительной промышленности;
  • при производстве бетона и железобетонных конструкций;
  • в сельском хозяйстве для запаривания кормов.

Водогрейные котлы

В водогрейных котлах происходит нагрев большого объема подготовленной воды под давлением. Горячая вода в дальнейшем используется для отопления и горячего водоснабжения жилых, хозяйственных и административных зданий, промышленных объектов и предприятий.

По конструктивным особенностям водогрейные котлы подразделяются на:

  • водотрубные, в которых теплообмен происходит между поверхностью кипятильных труб, наполненных водой и сжигаемым топливом;
  • жаротрубные, у которых внутри газоходных трубок, погруженных в теплоноситель, движутся продукты сгорания топлива.

Преимуществами водотрубных котлов являются быстрый нагрев воды, улучшенный теплосъем, низкая взрывоопасность, долговечность конструкции.

Недостатками являются сложность конструкции и обслуживания, высокое требование к качеству соединений, увеличенные габаритные размеры котлов.

Жаротрубные котлы просты в использовании, более компакты, имеют относительно невысокую стоимость.

При этом они имеют существенные недостатки:

  • малая скорость теплоносителя служит причиной высокого требования, предъявляемого к питательной воде;
  • такие котлы взрывоопасны;
  • длительное время нагрева воды служит причиной необходимости поддержания высокой температуры большой массы теплоносителя, что приводит к перерасходу топлива.

Как правило максимальная температура воды на выходе из котла может составлять от 95 до 170°С.

Преимуществом промышленных водогрейных котлов по сравнению с паровыми является их низкое гидравлическое сопротивление, удобное обслуживание и простота очистки поверхностей нагрева, большой срок эксплуатации, возможность работы без принудительного поддува воздуха.

Термомасляные котлы

В термомасляных котлах в качестве высокотемпературного теплоносителя используют органическое или полусинтетическое масло, которое нагревают до 300-360°С. Такую температуру не могут обеспечить паровые и водогрейные котлы.

Термомасляные котлы компактны и просты в конструкции.

Использование в качестве теплоносителя масла вместо воды позволяет избежать проблем коррозии, накипи, промерзания оборудования при отключении и существенно экономить на процессах химводоподготовки и деаэрации.

Термомасляные котлы находят применение:

  • на асфальтобетонных заводах для разогрева битума;
  • при производстве и транспортировке битума;
  • в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для процессов хранения и слива;
  • в химической промышленности для подогрева различных реагентов;
  • при деревообработке при процессах сушки;
  • в пищевой промышленности.

К недостаткам таких котлов можно отнести необходимость утилизации масла каждые несколько лет, необходимость выделения дополнительного места для установки емкости с маслом, дорогостоящие отдельные узлы установки, высокую степень текучести масла. Ну и конечно высока пожароопасность самого масла при такой температуре.

По назначению тепловой нагрузки

Тепловой нагрузкой называется то количество тепловой энергии, которое подается потребителю для поддержания комфортной температуры в помещениях.

Для жилых зданий

Тепловая нагрузка рассчитывается на каждый объект исходя из площади отапливаемого помещения, количества находящихся в нем людей, материалов теплоизоляции стен, пола и потолка, требуемой температуры внутри здания.

В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 06.05.2011 N 354 (ред. от 18.03.2024) «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» температура воздуха в жилых помещениях в отопительный период должна составлять не ниже +20°С (в угловых комнатах +22°С). При этом допускается превышение нормативной температуры на 4 градуса, снижение в ночное время не более чем на 3 градуса.

Для теплоснабжения жилых домов устанавливают тепловые пункты, которые передают и распределяют тепловую энергию, получаемую от централизованных котельных, к потребителям.

Тепловые пункты распределяются на центральные и индивидуальные.

Центральный тепловой пункт (ЦТП) играет большую роль в теплоснабжении групп объектов, таких как микрорайоны города и небольшие поселки.

С помощью ЦТП поддерживается средняя температура для всех подключенных потребителей, нет возможности регулировать температурный режим в отдельном здании.

При аварийной ситуации сразу несколько зданий остаются без отопления и горячей воды.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) распределяет теплоноситель между абонентами и регулирует режимы подачи, температуры и другие параметры в отдельных зданиях.

При этом есть возможность индивидуальной установки температуры для каждой точки потребления.

Благодаря небольшим расстоянием от теплосети до теплового пункта утечка теплоносителя минимальная.

Для промышленных объектов

При расчете тепловых нагрузок для промышленных предприятий существуют свои особенности:

  • расчетная температура внутри помещения ниже, чем для жилых зданий и составляет 16-18°С;
  • в производственных помещениях значительная часть тепловыделений происходит от работающего оборудования и установок;
  • промышленные здания, как правило, имеют большую площадь остекления и большие входные ворота;
  • производственные цеха занимают значительную площадь с высотой потолков выше 3-4 м;
  • на промышленных объектах используются мощные приточно-вытяжные установки.

Данные факторы играют большую роль при расчете тепловых нагрузок и выборе методов обеспечения теплом и горячей водой.

Для общественных зданий

Расчетная внутренняя температура общественных зданий зависит от назначения помещений и находится в пределах от +16 до +20°С.

При определении тепловых нагрузок принимают во внимание режим эксплуатации помещений, тепловые поступления от солнечной радиации и от внутренней хозяйственной деятельности людей.

Значительную роль в расчетах играет наличие и мощность установленной приточно-вытяжной вентиляции.

По категории надежности отпуска тепла

В соответствии с СП 89.13330.2016 “Котельные установки” по надежности отпуска тепла потребителям котельные установки подразделяются на две категории.

К первой категории относятся котельные, которые являются единственным источником тепла для системы теплоснабжения, обеспечивающей потребителей первой категории, не имеющих резервных источников тепловой энергии.

Ко второй категории относятся все остальные котельные.

Техническое обслуживание и эксплуатация котельных

Плановое техническое обслуживание: периодичность, виды работ

Для бесперебойной работы оборудования и предотвращения возникновения аварийных ситуаций проводят плановое техническое обслуживание (ТО) котельных.

Периодичность таких работ составляет 1 или 2 раза в год и зависит от мощности и назначения котельной. При использовании котлов только в отопительный период техническое обслуживание проводят перед его началом. Если котельное оборудование работает круглогодично, то его проверяют два раза в год.

Для каждой котельной установки составляется график проведения технического обслуживания и перечень работ, входящих в него.

Плановое техническое обслуживание включает в себя ТО котельных агрегатов и горелок, проверка и настройка срабатывания автоматики, осмотр корпуса и изоляции, проведение необходимого ремонта оборудования.

Аварийные ситуации: типичные неисправности, способы реагирования

При эксплуатации котельных установок могу возникать следующие аварийные ситуации:

  • внезапное отключение электроэнергии. В этом случае обслуживающий персонал обязан проконтролировать, что подача топлива автоматически прекратилась, перевести ключи управления автоматикой в положение “дистанционно”, сообщить руководству о ситуации;
  • снижение давления в нагнетательной линии и падение уровня воды в котле. При этом проверяют исправность насосов, пускают воду по обводной линии. При резком снижении уровня воды в паровом котле контролирует отключение котла автоматикой;
  • повышение уровня воды в паровом котле или его барабане. Необходимо прекратить подачу воды, открыть вентили на продувочной линии, при дальнейшем повышении уровня остановить котел;
  • повышение давления в котле выше установленного. В случае если арматура безопасности сработала, но давление не снижается необходимо прекратить подачу топлива и остановить котел;
  • загазованность котельной. Немедленно перекрыть подачу газа, остановить котел.

На все другие возможные аварийные ситуации имеются точные инструкции по их предотвращению и устранению последствий.

Обновление и модернизация котельных: цели, возможные улучшения

Обновление и модернизацию котельной проводят в случае морального и физического износа оборудования, при переходе с одного вида топлива на другое, увеличении себестоимости вырабатываемого тепла, нарушении температурных графиков подачи тепла, увеличении нагрузки на котельную, невозможности построить нового источника теплоснабжения.

Модернизация котельной включает в себя комплекс мер, в результате которых повышается эффективность работы котельной, увеличивается мощность и безопасность, уменьшается затраты на эксплуатацию.

Модернизация может затрагивать всю систему функционирования котельной или только некоторых узлов. Например, системы топливоподачи и топливоподготовки, систем автоматизации и приборов учета, систему водоподготовки, замену котельных агрегатов.

Каждый из вариантов требует тщательной проработки возможных затрат и получения желаемого результата.

Безопасность и экологические стандарты

Меры безопасности при эксплуатации котельных

Любая котельная установка является объектом повышенной опасности, находящимся под контролем Ростехнадзора.

Особые требования предъявляются к безопасности работы газовых котельных. При их эксплуатации опасными факторами являются взрыв и утечки газа.

Высокий уровень безопасности достигается установкой приборов учета и автоматизацией процессов горения топлива.

Кроме того, важную роль в системе безопасности котельной играют датчики загазованности помещения.

Для защиты котла от перегрева устанавливают датчики давления теплоносителя, которые отключают котел при прекращении работы циркуляционного насоса.

Все датчики безопасности котельной соединены в единую систему автоматизации, которая обеспечивает быстрое реагирование на любую аварийную ситуацию.

Влияние котельных на окружающую среду: снижение негативного воздействия

При эксплуатации котельных установок происходит процесс сжигания топлива, в результате которого в окружающую среду происходит выброс вредных веществ, таких как диоксид серы, оксиды азота, оксиды углерода и твердые частицы.

Эти вещества являются причиной возникновения смога, выпадения кислотных дождей и глобального изменения климата.

Выбросы от котельных могут содержать тяжелые металлы, радиоактивные вещества, вредные химические соединения, которые попадают в почву и водоемы, оказывая вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

Для уменьшения негативного воздействия применяют следующие меры:

  • использование более чистых видов топлива, например, замена угля на природный газ;
  • установка фильтров и очистных систем перед дымовыми трубами, рециркуляция отходящих газов;
  • установка высоких дымовых труб для рассеивания выбросов;
  • повышение энергоэффективности установок, оптимизация процессов горения.

Соответствие экологическим нормам и стандартам

ГОСТ Р 55173-2012 “Установки котельные. Общие технические требования” регламентирует нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ, которые образуются в результате эксплуатации котельных установок.

Количественные значения удельных выбросов не должны превышать данные значения по всем видам загрязняющих веществ.

Под этот норматив попадают твердые частицы, оксиды серы и азота, окиси углерода.

Контроль за выбросами осуществляют министерство природных ресурсов и Росприроднадзор.

При несоблюдении требований нормативов к предприятию применяют меры административной ответственности в виде штрафов или остановки деятельности до устранения замечаний.