Современные котлы

· Трехходовые: продукты сгорания беспрепятственно движутся до конца топки и через водоохлаждаемую поворотную камеру попадают в жаровые трубы второго хода. В зависимости от конструкции котла, жаровые трубы второго хода выполняют функцию либо конвективных теплообменных поверхностей, либо используются лишь в качестве канала для обратного движения газов. Через вторую поворотную камеру, которая обычно имеет поворотные дверцы и одновременно используется для очистки газоходов, продукты сгорания попадают в пучок жаровых труб третьего хода, в которых преобладает конвективный теплообмен. Поскольку в камере сгорания нет потоков, движущихся в обратном направлении, факел пламени интенсивно охлаждается и по этой причине в зоне реакции имеют место более низкие температуры. Одновременно сокращается время нахождения продуктов сгорания в зоне реакции, следовательно снижается интенсивность образования окислов азота NO_x.

7 По конструктивно – эксплуатационным характеристикам водогрейные котлы делятся на 3 группы:

· Стандартные: котлы, у которых средняя рабочая температура имеет ограничение снизу вследствие конструктивных особенностей этих котлов. Эта группа котлов лишь в минимальной степени отвечает требованиям по экономии энергии.

· Низкотемпературные: котлы, которые могут непрерывно работать при температуре подачи 35 – 40 °С и в газоходах которых, при определенных условиях, допускается конденсация паров воды из продуктов сгорания без какого – либо ущерба для котла.

Например, в чугунных отопительных котлах среднего и высокого диапазона мощности фирма Buderus использует технологию Thermostrearn. Эта технология предусматривает смешение внутри котла холодной воды из обратной линии с теплой водой, идущей в линию подачи. Поскольку это смешение выполняется в верхней части отопительного котла, вода линии возврата нагревается до того, как она будет контактировать с поверхностями нагрева. Поэтому температуры на поверхностях нагрева превышают температуру точки росы. При непрерывной эксплуатации котла на поверхностях нагрева исключено образование конденсата, который может приводить к повреждению котла.

· Конденсатные: котлы, которые специально сконструированы для конденсации в газоходах котла большой части водяного пара, содержащегося в утходящих газах.

Значительно большего увеличения КПД, в сравнении с обычными и даже низкотемпературными водогрейными котлами, можно добиться при переходе на конденсатные технологии. Дело в том, что значительная часть тепла, которая в «традиционных» водогрейных котлах неизбежно теряется вместе с уходящими газами, полезно используется в случае конденсатных технологий. Отличительными признаками этой технологии являются особо экономичный режим теплогенерации и минимизация выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Если температура теплообменной поверхности опустится ниже температуры точки росы водяного пара, то на ней выпадет конденсат. В случае природного газа температура точки росы составляет около 57 °С, а у легкого жидкого котельного топлива («солярки») – около 47 °С.

Важным фактором повышения эффективности конденсатных технологий является достижение максимальных концентраций СО₂ в продуктах сгорания, т.е. сжигания топливной смеси с минимальными избытками воздуха. Поэтому в конденсатных котлах предпочтение отдается вентиляторным газовым горелкам, поскольку атмосферные горелки предполагают работу с большими избытками воздуха, в результате чего температура точки росы также становится выше и полезное использование теплоты конденсации начинается позже.

Скрытая теплота конденсации выделяется при конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания, и передается котловой воде. При работе на природном газе нормативный КПД. может возрасти почти на 15% в сравнении с КПД. низкотемпературного котла. В результате для получения того же количества тепла потребуется заметно меньший расход топлива.

Как известно низшая теплота сгорания топлива – это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании топливной смеси и последующим охлаждением продуктов сгорания до нормальных условий, без учета теплоты конденсации водяных паров. Высшая теплота сгорания соответствует низшей плюс скрытая теплота конденсации водяных паров. В стандартных и низкотемпературных водогрейных котлах никогда нельзя охлаждать продукты сгорания до температуры конденсации, поскольку это приводит к интенсивным коррозионным явлениям и неизбежному разрушению котла. По этой причине в традиционных котлах скрытая теплота парообразования не могла использоваться. И во всех расчетах КПД по принятым методикам в качестве опорной величины подставляется низшая теплота сгорания. В случае конденсатных котлов дополнительно используется не учитываемая скрытая теплота парообразования. Поэтому КПД у них при расчете по старым методикам получается больше 100%.

Чем больше разница между высшей и низшей теплотой сгорания, тем больше выигрыш от утилизации скрытой теплоты парообразования. Для жидкого топлива эта разница составляет 6%, а для природного газа - 11%.

В конденсатных котлах, например у фирмы Viessman применяются специальные теплообменные поверхности Inox-Crossal. Они изготавливаются из высоколегированной коррозионностойкой нержавеющей стали (хромо-никелево-молибденовая сталь). Она стойка в среде кислых конденсатов, обеспечивает высокую эксплуатационную надежность и длительный срок службы.

Высокая эффективность теплообмена и конденсации при использовании поверхностей Inox-Crossal достигается за счет сетки из отформованных выпрессовок в плоских стенках газовых каналов. Выпрессовки ориентированы наклонно и крестообразно по отношению друг к другу. Выпрессовки интенсивно турбулизуют поток уходящих газов.

Однослойные и не имеющие оребрения теплообменные поверхности обладают небольшим термическим сопротивлением для теплового потока от продуктов сгорания к котловой воде. Поэтому температура уходящих газов вблизи стенки трубы быстро понижается до температуры котловой воды и водяные пары интенсивно конденсируются, отдавая при этом дополнительно еще и теплоту конденсации. Разумеется температура котловой воды при этом должна быть не ниже 57 °С.

Передача тепла от внутренней стенки Inox-Crossal к котловой воде также происходит очень эффективно. Температура уходящих газов лишь на 5 – 15 °С выше температуры обратной магистрали; потери с уходящими газами за весь отопительный сезон чрезвычайно низки при всех режимах эксплуатации. Очень низкие температуры уходящих газов и интенсивная конденсация обеспечивают в зависимости от температурного режима тепловой нагрузки, нормативный КПД на природном газе до 109% (относительно низшей теплоты сгорания).

Теплообменные поверхности Inox-Crossal ориентированы вертикально, поэтому выпадающий конденсат беспрепятственно стекает сверху вниз. При таком режиме исключается вторичное испарение уже выпавшего конденсата. Стекающая конденсатная пленка непрерывно омывает теплообменные поверхности попутно очищает их. Этот эффект автоматической очистки приводит к снижению объема технического обслуживания и исключает сбои в работе котла из – за отложений по причине высыхания конденсатной пленки. Недостаток: высокая стоимость.

8 В зависимости от материала изготовления котлов различают:

· Стальные: не имеют ограничений по температуре нагрева и давлению воды. Они значительно легче и более удобны для ремонта и обслуживания.

· Чугунные (из серого чугуна): предназначены для нагрева воды до температуры не выше 95 C при давлении не выше 0,6 МПа. Теплопроизводительность таких котлов, как правило, не выше 1,0 МВт. Чугунные котлы обладают высокой коррозийной стойкостью, не требуют обмуровки и благодаря материалу-чугуну, имеют низкую стоимость. Однако технологические свойства чугуна определяют также большую толщину, значительный вес, высокую склонность к загрязнению и даже взрывоопасность таких котлов.