Газовый котел с открытой камерой сгорания

Особенности паровых котлов

Данные модели в большинстве случаев оснащаются трехходовым теплообменником. Прежде, чем продукты сгорания будут выброшены наружу в трубу, они совершают три прохода по трубам, омывающимся водой. Первым ходом является камера сгорания. Там самая большая температура. Далее газы изменяют свое направление и подаются в трубы второго хода, а затем — в трубы третьего хода. Такая схема движения полностью осуществляется за счет вентилятора и естественной тяги дымохода.

Первая труба, как уже указано — это камера сгорания. Вторая служит для отвода нагретой воды в систему горячего водоснабжения. Третья обеспечивает работу отопительной системы.

Уровень воды в баке парового жаротрубного котла нестабилен. В процессе эксплуатации вода может выкипать и в форме пара поступать внутрь, где при помощи сепаратора отделяются капли. Это обязательный процесс. Иначе будут происходить гидроудары, что не лучшим образом скажется на работе оборудования. Владельцы должны постоянно контролировать, сколько воды находится в котле.

Большая часть таких агрегатов применяется в промышленных и технологических процессах, когда нужна максимальная энергоэффективность. Котлы такого типа создают огромное количество тепла для обогрева топливных баков, деаэраторов, турбин.

Разновидности паровых установок

Паровые установки бывают, как многотопливные, так и однотопливные. По видам топлива паровые котлы классифицируются как:

паровые установки, работающие на угле;
паровые установки, работающие на мазуте;
паровые установки, работающие на газе;
паровые установки, работающие на электроэнергии.

Также паровые котлы можно разделить на области их применения. В этот перечень входят:

промышленные паровые установки;
паровые установки, которые ориентированы на выработку электроэнергии;
паровые установки, которые применяются в быту.

Также существует утилизационные паровые установки.

Паровые установки имеют также конструктивные отличия, и их можно разделить на два вида:

водотрубные паровые установки;
газотрубные паровые установки.

В газотрубных котлах вода нагревается при помощи горячих газов, что образуются в момент сгорания любого вида топлива. Эти газы нагревают трубы, внутри которых находятся вода. Вода в эти трубы поступает из резервуара.

Водотрубная паровая установка работает по несколько иному принципу. В этих котлах –наоборот, нагретый газ движется внутри специального трубопровода, который помещен в ёмкость с водой. Водотрубные паровые котлы разделяются на несколько видов:

вертикальные водотрубные котлы;
горизонтальные водотрубные котлы;
радиальные водотрубные котлы.

Все виды водотрубных котлов отличаются лишь внутренним расположением трубопроводов.

Схема обвязки парового котла

Схема обвязки. Источник фото: strangely.ru

Типовая схема обвязки ПК зависит от типа парогенератора и его рабочих параметров.

Для систем центрального теплоснабжения системы жилищно-коммунального хозяйства типовая схема состоит:

Парогенератор.
Деаэратор.
Умягчитель по схеме химической очистки.
Дозатор и бак реагентов.
Ресивер.
Регулируляторы давления.
Насос подачи питательной воды в котел.
Насос подачи воды из деаэратора в ресивер.

В конструкцию котла также могут входить:

пароперегреватель — для повышения температуры насыщенного пара;
сепаратор пара и внутрибарабанные устройства — для удаления влаги из пара.

Изучаем газовый конденсационный котел — принцип работы и устройство

Принцип работы газового котла

То, что система отопления, работающая на природном газе, является самым экономичным и эффективным способом обогрева помещений, знают многие. Но вот что странно — вроде бы использование газа сегодня устраивает всех, но высокие и жесткие требования расхода энергоносителей ставят определенные ограничения. Поэтому на рынке теплотехнического оборудования конденсационные котлы занимают особое место. Кстати, в некоторых европейских странах законом запрещено использовать другие виды нагревательных газовых приборов, кроме конденсационных. Попробуем разобраться с газовыми конденсационными котлами, принципом их работы, достоинствами и недостатками.

Особенности работы

Главный принцип работы конденсационных устройств заключается в передаче воде того тепла, которое образуется при сгорании газа и конденсации пара. Классические газовые агрегаты способны выполнить только первую функцию. Поэтому их КПД меньше.

Модели конденсационных агрегатов работают так:

Теплоноситель с температурой, меньшей 57 °С, поступает в конденсационный теплообменник.
Угарные газы, охладившись у основной части теплообменника, двигаются дальше, омывают стенки конденсатора, продолжая охлаждаться. Когда их температура становится меньше 57 °С, начинает выпадать конденсат.
Капли воды остаются на внешней стенке теплообменника, нагревают ее. Далее подогревается теплоноситель.
Подогретая вода движется в основную часть теплообменника, где нагревается до высокой температуры.
Нагретый теплоноситель поступает в систему отопления.
Охлажденные дымовые газы выходят через коаксильный дымоход.

Во время работы котла направления движений воды и дымовых газов являются встречными.

Впитанное тепло из конденсата повышает КПД конденсационного котла на 11 процентов. В результате этот показатель достигает 108-109%. В голове многих здравомыслящих людей сразу возникает вопрос, а как КПД может быть больше 100%?

Объяснение этого случая является таким: КПД является относительной величиной, которую для газовых устройств высчитывают по нижнему уровню теплоты сгорания. Для такого расчета используют только то количество тепла, которое выделяется при сгорании газа. Однако есть высший уровень теплоты сгорания. Он больше на 11% от нижнего, ведь включает то тепло, которое образуется при конденсации водяного пара. Числа 108-109% получились потому, что за базу сравнения производители взяли КПД по нижнему уровню теплоты сгорания.

Стоит отметить, что разные модели конденсационных устройств могут иметь вышеуказанный КПД только тогда, когда теплоноситель в обратной трубе холоднее 57 °С. Эта температура является точкой росы. При ней водяной пар начинает конденсироваться. Для большего понимания, точка росы может быть разной. Она зависит от влажности и температуры воздуха. Для условий, возникающих внутри газового котла, она составляет 57 °С.

Если же теплоноситель является более горячим, конденсация пара также происходит. Однако она является очень слабой и КПД поднимается не более чем на 4-5%.

Конденсационные котлы классифицируют по двум признакам:

Количество контуров.
Исполнение корпуса.

По количеству контуров бывают такие виды:

Одноконтурные. Они предназначены для отопления дома. В своем составе имеют только один теплообменник. Такие модели могут нагревать воду для ГВС, однако нужно осуществлять подключение бойлера косвенного нагрева.
Двухконтурные. С помощью них отапливают дом и подают горячую воду в краны водопроводной системы. Их конструкция дополнена небольшим теплообменником (вместо него может быть накопительный бак или бойлер послойного нагрева ) и трехходовым клапаном, который может изменять режим отопления на режим ГВС и наоборот. Работа этого клапана происходит по такому принципу: теплоноситель может поступать либо в дополнительный теплообменник, либо в систему отопления.

Что касается исполнения корпуса, то конденсационные котельные устройства бывают такими:

Настенные являются наиболее распространенными, ведь позволяют экономить пространство, и их можно монтировать на кухне. Их мощность не бывает больше 120 кВт. Правда, большинство таких агрегатов имеют мощность, меньшую 100 кВт. В их составе не бывает большого бойлера послойного нагрева.

Напольные в отличие от настенных имеют большие габариты, и поэтому их нужно монтировать в отдельной комнате. Другим их признаком является большая мощность. Также строение многих напольных модификаций может включать объемный накопительный бак или бойлер послойного нагрева.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО₂, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО₂ закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO₂ – оксид серы. Далее происходит удаление СО₂ с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Конструкция и назначение жаротрубных котлов

Внешний вид оборудования может быть различным, но чаще встречается горизонтальная конструкция цилиндрической формы. Одножаровый агрегат состоит из двух резервуаров-цилиндров, один из которых прячется внутри другого. Оба сегмента сообщаются между собой посредством паросборника и фланцев. На передней торцевой части находится топка, на задней – трубоотводы. Чтобы происходил процесс горения у паровых моделей, необходима принудительная подача воздуха. Воздух подается под колосник вентилятором, зафиксированным на фронтальной площадке. Оборудование, работающее на угле, дизельном топливе или газе, имеет горелку и трубу для отвода дыма.

Схема пеллетного жаротрубного трехходового котла

Самым лучшим теплообменником считается стальной, так как он не подвержен коррозийному разрушению и не деформируется со временем от температурных перепадов.

Видео: Как выбрать котел для дома? Жаротрубный котел Roda RK2

В процессе работы котла получается пар, температура которого не превышает 110-115˚С, а давление – не более 0,07 МПа. Пар с такими показателями годится для обустройства обогревательной системы дома или для запуска производственных процессов, например, тепловой обработки продуктов. Выбор топлива зависит от модели котла и от удобства пользования. Такое топливо, как дрова или уголь, применяется все реже, чаще используют более дешевые виды – газ, мазут, дизель.

По данной схеме можно судить о размерах жаротрубных котлов, которые используются в промышленном производстве

Жаротрубное оборудование выбирают не только из-за простоты использования. Оно отличаются понятной конструкцией, и при возникновении поломки или износа можно оперативно произвести ремонт. Для многих важна безопасность – если действовать по инструкции, то неприятностей не произойдет. Однако не стоит забывать о том, что любое газовое или паровое оборудование требует соблюдения норм техники безопасности.

Так выглядит газоходный тракт в трехходовом жаротрубном котле

Главным преимуществом жаротрубных водогрейных и паровых моделей является высокая мощность при весьма скромных габаритах. Кроме того, функционирование агрегата можно автоматизировать, если подключить соответствующие приборы:

отводы воздуха;
датчики давления воды;
манометр;
термометр;
блок управления.

Топливо в конструкциях трубчатого типа сгорает практически полностью, благодаря чему КПД аппарата достигает 92-93%. Агрегаты выгодно использовать в регионах с неблагоприятными климатическими условиями: тепловая мощность достаточно велика, а теплопотери минимальны.

Особенности эксплуатации

В жаротрубных котлах принцип работы основан на подогреве воды и образовании пара, поэтому необходимо использовать воду без примесей и постоянно следить за показаниями датчиков с целью обеспечения стандартных режимов работы. Для подготовки воды рекомендуется применять двухступенчатые натрий-катионные фильтры или обратный осмос с натрий-катионированием.

Кроме того, необходимо выполнять деаэрирование для получения необходимого pH уровня, а также введение специальных химических средств, предотвращающих коррозию металла. Связана эта мера с тем, что при пониженной кислотности воды в ней образуются сульфиты и фосфаты железа, которые стимулируют отложения накипи на внутренних поверхностях. Слой накипи опасен в первую очередь для топочной трубы одно- или трёхходового жаротрубного котла, так как она охлаждается только водяной рубашкой.

Периодичность проверки качества воды через каждые 3-4 суток. Это делает встроенная автоматика или лаборатория. Контролируются следующие параметры:

жёсткость;
электропроводимость;
содержание щёлочи, кислорода и кислородного связующего компонента;
уровень pH.

В этот же период следует проводить частичную или полную продувку объёма для удаления шлама. Для этого в устройстве жаротрубных котлов предусмотрена запорная арматура, расположенная в его нижней части. Некоторые конструкции предполагают не периодическую, а постоянную продувку с количеством удаляемой воды 5-10% от общего объёма.

В процессе эксплуатации, чтобы избежать ремонта жаротрубных котлов, важно следить за их внутренним давлением. Большие объёмы поступающей в ёмкость воды благоприятно сказываются на стабильности давления при резких изменениях потребления пара отопительной системой

Однако термоаккумулирующие свойства жидкости даже при небольших колебаниях давления стремятся привести термодинамическую систему в стабильное состояние за счёт стремительного парообразования. В итоге, получаем опасный рост давления пара, который может привести к взрыву котла.

При использовании твёрдого топлива, в дымоходе образуется сажа, которая ухудшает отдачу тепла водяной рубашке и снижает тягу. Поэтому существенно повышается расход топлива при нагреве до заданной температуры и вырастает инерционность системы. По этим причинам необходимо проводить очистку каналов дымоотвода через 25-30 дней непрерывной эксплуатации.

Каскадная схема монтажа

Если необходимо обогреть помещение большой площади (коттедж, особняк на несколько этажей, производственно помещение) используют каскадную схему монтажа. Её суть в том, что для обеспечения максимальной эффективности и экономности отопительной системы последовательно подключают несколько котлов низкой мощности. Такой приём позволяет в несколько раз повысить производительность всей системы или значительно снизить расходы на топливо. Регулировка всех приборов выполняется при помощи специального устройства, которое подключается ко всем котлам.

Каскад из конденсационных котлов – выгодное решение для больших площадей. Для управления системой подключается оборудование, в которое встроены датчики температуры и регуляторы подачи топлива. Это устройство предупреждает холостую работу котлов, выравнивает мощность, обеспечивая правильное распределение температуры в помещениях.

Перед тем как приступать к обустройству отопительной системы частного дома, следует ознакомиться с тем, что такое конденсационных газовый котёл. Выбрав для обслуживания системы это оборудование, вы обеспечите максимально эффективное и экономное функционирование отопительной системы.

Часто владельцев останавливает высокая стоимость инновационного оборудования. Но есть правильно провести расчёты, окажется, что конденсационные котлы искупят себя всего за два-три сезона. При соблюдении правил эксплуатации приборы прослужат на протяжении многих лет, обеспечивая комфорт и тепло в вашем доме.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Типы котлов

В основном существует два типа котлов – водотрубный котел и жаротрубный котел.

В жаротрубном котле имеется несколько труб, через которые пропускаются горячие газы, и вода окружает эти трубы.

Водотрубный котел является обратной стороной жаротрубного котла. В водотрубном котле вода нагревается внутри труб, а горячие газы окружают эти трубы.

Это два основных типа котлов, но каждый из типов можно подразделить на множество, которые мы обсудим позже.

Жаротрубный котел

Как следует из названия, жаротрубный котел состоит из нескольких труб, через которые пропускаются горячие газы. Эти трубки для горячего газа погружены в воду в закрытом сосуде.

Фактически в жаротрубном котле один закрытый сосуд или кожух содержит воду, через которую проходят горячие трубки.

Эти жаровые трубы или трубки для горячего газа нагревают воду и превращают ее в пар, а пар остается в том же сосуде.

Поскольку вода и пар находятся в одном резервуаре, жаротрубный котел не может производить пар при очень высоком давлении.

Как правило, он может производить максимум 17,5 кг /см 2 и производительностью 9 метрических тонн пара в час.

Типы жаротрубных котлов

Существуют также различные типы жаротрубных котлов, котлы с внешней топкой и котлы с жаротрубной топкой внутри печи.
Котлы с внешней топкой снова можно разделить на три разных типа-

Горизонтальный возвратный трубчатый котел.
Котел с коротким днищем.
Компактный котел.

Опять же, жаротрубные котлы с внутренней топкой также подразделяются на две основные категории, такие как горизонтальные трубчатые котлы и вертикальные жаротрубные котлы.

Обычно горизонтальный котел с обратным горением используется на тепловых электростанциях малой мощности. Он состоит из горизонтального барабана, в который вставлено несколько горизонтальных труб. Эти трубы погружены в воду.

Топливо (обычно уголь), сжигаемое под этим горизонтальным барабаном, и горючие газы перемещаются в заднюю часть, откуда они поступают в жаровые трубы и направляются к передней части в коптильню.

Во время этого перемещения газов по трубам они передают свое тепло в воду и поднимаются пузырьки пара. По мере выработки пара в котле повышается давление в этом закрытом сосуде.

Преимущества жаротрубного котла

К преимуществам жаротрубных котлов относятся—

Он довольно компактен по конструкции.
Колебания потребности в паре можно легко удовлетворить.
Это также довольно дешево.

Недостатки жаротрубного котла

К недостаткам жаротрубных котлов относятся—

Поскольку для работы котла требуется довольно большой объем воды, требуется длительное время для того, чтобы пар достиг желаемого давления.
Поскольку вода и пар находятся в одном резервуаре, очень высокое давление пара невозможно.
Пар, получаемый из жаротрубного котла, не очень сухой.

Водотрубный котел — это такой тип котла, в котором вода нагревается внутри труб, а горячие газы окружают их.
Это основное определение водотрубного котла. На самом деле этот котел является прямой противоположностью жаротрубному котлу, в котором горячие газы пропускаются по трубам, окруженным водой.

Типы водотрубных котлов

Существует много типов водотрубных котлов, таких как

Горизонтальный прямотрубный котел.
Котел с изогнутой трубой.
Котел, работающий на циклоне.

Горизонтальный прямотрубный котел опять же можно подразделить на два разных типа,

Продольный барабанный водотрубный котел.
Водотрубный котел с поперечным барабаном.

Котлы с изогнутыми трубами также можно подразделить на четыре различных типа,

Двухбарабанный котел с изогнутой трубой.
Трехбарабанный котел с изогнутыми трубами.
Трехбарабанный котел с изогнутой трубкой с низким напором.
Четырехбарабанный котел с изогнутыми трубами.

Преимущества водотрубного котла

К преимуществам водотрубных котлов относятся—

У водотрубного котла есть много преимуществ, благодаря которым эти типы котлов в основном используются на крупных тепловых электростанциях.

Большей поверхности нагрева можно достичь, используя большее количество водяных трубок.
Благодаря конвекционному потоку движение воды происходит намного быстрее, чем в жаротрубном котле, следовательно, скорость теплопередачи высока, что приводит к повышению эффективности.
Плавно достигается очень высокое давление, порядка 140 кг/см2.

Недостатки водотрубного котла

К недостаткам жаротрубных котлов относятся—

Основным недостатком водотрубного котла является то, что он не является компактным по конструкции.
Его стоимость не из дешевых.
Габариты представляют сложность при транспортировке и строительстве.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляют жаротрубные котлы. Эти агрегаты являются отличной заменой традиционным газовым. Но при эксплуатации есть определенные неудобства. Главный плюс данных агрегатов заключается в автономности и универсальности. Также конструкция поддается ремонту и сравнительно несложная. Оборудование подходит для приготовления горячей воды. И пусть для многоквартирного дома подобные системы не слишком актуальны, для загородных домов и коттеджей это доступное отопление.

Жаротрубные котлы являются одними из самых распространённых отопительных агрегатов благодаря своей простой конструкции, надёжности, возможности улучшения эксплуатационных характеристик. При компактных размерах они вырабатывают высокую тепловую мощность и при этом полностью безопасны. Кроме того, доступны для выбора несколько типов конструкций, среди которых можно подобрать оптимальный вариант под доступное топливо и экономить на обогреве.

Жаротрубные водогрейные котлы работают по принципу передачи тепловой энергии от сгораемого топлива теплоносителю, циркулирующему в теплообменниках. При этом для парообразования достаточно температуры до +115 0 С и рабочего давления до 0,7 кгс/см 2 . Средняя мощность теплового потока составляет 1,3 МВт/м 3 .

Сгорание топлива происходит в топочной, которая со всех сторон, кроме лицевой, охлаждается водяной рубашкой. Для выхода дыма установлен пучок труб, которые позволяют его вывести за пределы котла. В качестве топлива может использоваться газ, дрова, уголь, мазут, дизель.

При нагреве воды часть объёма переходит в пар, который скапливается в верхней части ёмкости в специальной камере, подключённого к отопительной системе.

Благодаря простому принципу работы жаротрубного котла он имеет относительно простую конструкцию. Корпус может иметь практически любую форму, но большинство производителей изготавливают его в основном в виде цилиндров. В торцевой части расположена топочная, а с противоположной стороны – система отвода дыма. Воздух для поддержания горения нагнетается при помощи электровентилятора, расположенного фронтально.

Над топочной камерой расположены по периметру теплообменники, которые заполнены теплоносителем и имеют плотный контакт с дымоотводом. Они выполнены в виде горизонтальных трубок небольшого сечения для увеличения эффективности нагрева воды.

Наибольшее распространение получил трёхходовой жаротрубный котёл, отличие которого от описанной конструкции (одноходовой) состоит в наличии трёх ходов для отвода дыма, расположенных над топочной. Первым ходом является сама камера сгорания, вторым и третьим – ходы, расположенные сверху друг над другом. Тяга в каналах обеспечивается при помощи вентилятора и/или за счёт естественных воздушных потоков через вентиляционные отверстия или колосники.

Трёхходовой жаротрубный котёл позволяет понизить температуру нагретого дымового газа с +1000 0 С до +250 0 С, то есть основная часть тепла будет передана теплоносителю. По этой причине уровень воды весьма нестабилен и его достаточно сложно контролировать. Поэтому в устройстве используется сепаратор, отделяющий воду от пара, в результате чего капли не попадают в отопительный коллектор.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и автоматизации процесса нагрева теплоносителя производители устанавливают следующие узлы:

воздухоотводы;
манометр, показывающий давление пара;
термометр для индикации температуры нагрева;
блок управления нагревом;
датчики давления теплоносителя;
система защиты от перегревов и аварийных режимов работы.