Возможность получение горячей воды

В  зависимости от способа подогрева горячей воды в отопительном оборудовании котлы разделяются на одноконтурные и двухконтурные. Как правило, такое деление в первую очередь относится к газовым котлам отопления.
  Одноконтурные котлы предназначены только для обогрева помещений и не располагают системой, обеспечивающей горячее водоснабжение дома. Правда, с подключением водяного теплообменника выносного бойлера и они могут выполнять функцию нагрева воды. Двухконтурные котлы выполняют две функции: обогрев дома и нагрев воды. Такое название котлы получили потому, что в их конструкции имеется два контура: один отвечает за отопление, второй – за нагрев проточной воды. Наибольшее  распространение получили газовые двухконтурные котлы, которые работают на природном или сжиженном газе. Обычно они обладают мощностью от 20 до 30 кВт, при этом обеспечивая дом 10-14 лирами воды. Следует отметить, что в период подготовки горячей воды отопительный контур котла не работает.

Классификация горелок по виду топлива   ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ   Газовая горелка - это устройство для смешения кислорода с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её с образованием устойчивого факела. В газовой горелке газообразное топливо, подаваемое под давлением, смешивается в смесительном устройстве с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени. Газовые горелки обладают широким спектром достоинств. Конструкция газовой горелки очень проста. Ее запуск занимает доли секунды и работает такая горелка практически безотказно. Газовые горелки используются для отопительных котлов бытового и промышленного применения. Все они оснащаются системами автоматики, благодаря чему достигается высокая безопасность и безотказность их работы. Сегодня  существует два основных вида газовых горелок, их разделение ведется в зависимости от используемого метода образования горючей смеси, состоящей из топлива и воздуха. Различают атмосферные (инжекторные) и наддувные (вентиляторные) устройства. В большинстве случаев первый вид является частью котла и входит в его стоимость, второй же вид чаще всего приобретается отдельно. Наддувные газовые горелки, как инструмент горения, более эффективны, поскольку позволяют осуществлять настройку оптимальных режимов горения с наивысшим коэффициентом полезного действия теплогенерирующей установки.   ЖИДКОТОПЛИВНЫЕ ГОРЕЛКИ Жидкотопливная горелка –  устройство, предназначенное для сжигания жидкого топлива. В жидкотопливной горелке жидкое топливо (дизель, мазут), подаваемое под высоким давлением, распыляется в виде паров и мельчайших частиц. В смесительном устройстве образовавшиеся пары топлива смешиваются с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся топливовоздушная смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого пламени. Комбинированные горелки (Газ-Дизель, Газ-Мазут) – это устройства,  предназначенные для сжигания более чем одного вида топлива. Конструктивно комбинированная горелка представляет собой устройство, в котором соединена газовая и жидкотопливная горелка. Используются они для оперативного перехода с одного вида топлива на другой (особенно в зимние месяцы), а также для совместного сжигания различных видов топлива: газ-мазут, угольная пыль-газе. Комбинированные горелки применяют также, когда требуется создать светящееся пламя или когда на газе невозможно обеспечить нужную темп-ру в топке. Комбинированная горелка сочетает в себе достоинства газовых и жидкотопливных горелок. Главные из  них: - компактность устройства («два в одном»), - не требуется проведение дополнительных работ по смене горелок при переходе на резервное топливо. Недостатки комбинированных горелок: - снижение КПД теплогенерирующей установки вследствие работы горелки с различными видами топлива; - более высокие требования к техническому обслуживанию, т.к. переход с одного вида топлива на другой всегда сопряжён с определенными трудностями. Классификация горелок по типу работы Горелки вентиляторные Вентиляторные горелки (их же  называют дутьевыми, наддувными) имеют следующее свойство: воздух в них поступает благодаря встроенному вентилятору принудительно. Уже в самой горелке он смешивается с каким-либо топливом, после чего образованная смесь нагнетается в топку. Вентиляторные горелки могут работать на газе или на жидком топливе (дизеле, отработанном масле). Вместе с тем вентиляторные горелки достаточно шумные (до 60 дБ). Шумит как вентилятор, так и факел, под давлением выходящий из сопла горелки. Для защиты от шума производители котлов предлагают ряд мер, в том числе глушитель, который устанавливается в месте соединения дымохода с котлом. Вентиляторые горелки в большинстве случаев, не являются частью  котла, а поставляются отдельно и присоединяются («навешиваются») к котлу.   Диффузионные горелки и горелки промежуточного типа В диффузионных горелках, необходимый для сгорания топлива воздух  доставляется их окружающего пространства непосредственно к фронту горения за счет диффузии. Диффузионные газовые горелки характеризуются более  равномерной температурой по длине факела. Однако эти газовые горелки требуют повышенного коэффициента избытка воздуха по сравнению с вентиляторными, создают более низкие тепловые напряжения топочного объёма и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа. Диффузионные газовые горелки применяют в промышленных печах и котлах, где  требуется равномерная температура по длине факела. В некоторых процессах диффузионные газовые горелки незаменимы. Например, в стекловаренных, мартеновских и др. печах, когда идущий на горение воздух подогревается до температур, превышающих температуру воспламенения горючего газа с воздухом. Успешно применяются диффузионные газовые горелки и в водогрейных котлах. В мощных топочных камерах газ вполне успешно сжигается при помощи  диффузионных горелок с малым сопротивлением по газу и воздуху. Эти последние не требуют предварительного смешения газа и воздуха и допускают большие скорости выхода газа и воздуха в топку. При применении таких горелок отпадают огнеупорные туннели значительного суммарного сечения, требующие при высококалорийном газе огнеупора высокого качества и сравнительно частого ремонта. Наконец, диффузионные горелки легко конструируются как смешанные газомазутные, допускающие эффективное сжигание и газообразного и жидкого топлива (а если это нужно, и пылевидного твердого). Поэтому в мощных котлоагрегатах, сжигающих либо природный газ, либо доменный газ и угольную пыль, применяют обычно горелки диффузионного или смешанного типа. В диффузионных горелках газ и воздух подаются в топку раздельно и смешение газа и воздуха происходит в самой топочной камере. При этом обычно воздух до смешения с газом успевает подогреться до температуры, достаточной для интенсивного горения, поэтому процесс горения происходит весьма быстро и фронт горения, т. е. зона диффузионного горения, разделяющая области смеси горючего с окислителем (воздухом) и смеси продуктов горения с избыточным воздухом, является весьма тонким слоем. В горелках промежуточного типа смешение частично осуществляется в самой горелке и из нее в топку входит поток воздуха, пронизанный отдельными струями смеси, богатой газом. Диффузионные горелки  обычно работают на газе низкого и среднего давления. В котлах получили  распространение т. н. подовые газовые горелки, являющиеся разновидностью диффузионных газовых горелок, которые размещаются внутри топки, в нижней её части. Подовая газовая горелка состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия или выполнены щели. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решётке или в поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объёме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного, дутья. Для наблюдения за  процессом горения и розжига газовой горелки служит смотровое окно. Подовые горелки могут работать на низком и среднем давлении газа и используются в секционных котлах, котлах ТВГ, КВ-Г, ДКВР. Инжекционные горелки В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за  счёт энергии струи газа и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных газовых горелках подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объёме. В инжекционные газовые горелки частичного смешения поступает только часть (40-60%) требующегося для горения воздуха (первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счёт инжектирующего действия газо-воздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных газовых горелок среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газо-воздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти газовые горелки устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки. Инжекционные горелки различают: по давлению — низкого и среднего  давления; по виду факела — многофакельные (с распределительным коллектором) и однофакельные; по количеству сопел — односопловые и многосопловые; по расположению сопел — с центральным и периферийным расположением. Объемные соотношения газа и воздуха, засасываемого инжекционной горелкой, определяются коэффициентом инжекции и коэффициентом избытка воздуха. Чем выше теплота сгорания газа, тем больше требуется воздуха для его сгорания и тем больше при одном и том же коэффициенте избытка воздуха должен быть коэффициент инжекции, т. е. тем больше воздуха должен подсасывать 1 м3 газа. В интервале давления  газа от 2000 до 9000 кгс/м2 инжекционная способность горелки почти не меняется при изменении давления газа перед горелкой и разрежения в топке. При давлениях ниже 2000 и особенно ниже 1000 кгс/м2 коэффициент избытка воздуха возрастает с уменьшением давления и с увеличением разрежения в топке. Для обеспечения нормального процесса горения большое значение имеет постоянство состава газового топлива. Изменение плотности приводит к изменению инжектирующей способности горелки, а изменение теплоты сгорания требует соответствующего изменения количества подаваемого для горения воздуха. При небольших колебаниях указанных характеристик газового топлива (числа Воббе) необходимый коэффициент избытка воздуха можно поддерживать изменением давления перед горелкой и степени открытия воздушно-регулировочной заслонки. Достоинства инжекционных горелок:  использование энергии газа для подсоса воздуха; хорошее перемешивание газа и инжектируемого воздуха и поддержание, в определенных диапазонах, расчетного соотношения их количеств при изменении тепловой мощности горелки. Основными недостатками горелок с одним газовым соплом являются значительная длина, особенно при больших тепловых мощностях: необходимость строгого совпадения оси сопла с осью горелки; высокий уровень шума, а горелок низкого давления — значительная длина факела и зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке. Горелки обычно размещаются в два и более рядов с одной или двух противоположных сторон топки. Число горелок выбирается значительным, чтобы иметь возможность регулировать нагрузку выключением части горелок, так как обычно применяемые в стационарных котлах форсунки с нерегулируемым выходным сечением плохо работают при сниженных нагрузках. Скорости воздуха в узком сечении амбразур, которые имеют горелки, — порядка 20—35 м/сек.   Классификация горелок по типу регулирования.   Одноступенчатые горелки работают лишь в одном диапазоне мощности, работают в тяжелом для котла режиме. При работе одноступенчатых горелок происходит частые включения и отключения горелки, которыми регулирует автоматика котлоагрегата. Двухступенчатые горелки имеют две ступени мощности. Первая ступень, как правило, обеспечивает (50 -70)% мощности, а вторая – 100%. Переход с первой ступени на вторую происходит в зависимости от контролируемого параметра котла (температуры теплоносителя или давления пара), режимы включения/выключения зависят от автоматики котла. Плавно-двухступенчатые горелки позволяют осуществлять плавный переход с первой ступени на вторую. Этот тип горелок занимает промежуточное положение между двухступенчатыми и модулируемыми горелками. Модулируемые горелки нагревают котёл непрерывно, по мере необходимости повышая или снижая мощность. Диапазон изменения режима горения — от 50 до 100% номинальной мощности. Модулируемые горелки подразделяются на три типа по принципу   работы модулирующих устройств: - горелки с механической системой   модуляции; - горелки с пневматической системой модуляции; - горелки с электронной модуляцией. В отличие от горелок с механической и  пневматической модуляцией, горелки с электронной модуляцией позволяют обеспечить максимально возможную точность регулирования, поскольку исключаются механические погрешности в работе горелочных устройств. Модулируемые горелки имеют  перед ступенчатыми целый ряд преимуществ. Механизм плавного регулирования мощности позволяет свести цикличность включения-выключения котлов к минимуму, что значительно снижает механические напряжения на стенках и в узлах котла, а значит, продлевает его «жизнь». Экономия топлива при этом составляет не менее 5%, а при грамотной настройке можно добиться 15% и выше.

Расчет сечения, диаметра и самотяги дымовой трубы

Определим расход газа с учетом его теплотворной способности:

м³/ч

где: - теплотворная способность котла, ккал/час; η - КПД установки (из паспортных данных на оборудование); - низшая теплотворная способность природного газа, ккал/м³. Охлаждение газов в трубе на 1 метр её высоты определяется по формуле:

°С, где

Q_к – максимальная полезная мощность котла, кВт;

В – коэффициент. Для изолированной металлической трубы принимаем 0,34, для …

Температура дымовых газов на выходе из трубы определяется по формуле:

°С

где: - температура уходящих газов (по паспортным данным на котел), °С; Н_тр - высота дымовой трубы, м; - охлаждение газов в трубе на 1 метр её высоты, °С.

Средняя температура дымовых газов определяется по формуле:

°С

где: - температура уходящих газов (по паспортным данным на котел), °С.

- температура дымовых газов на выходе из трубы, °С.

Удельный вес сухого газа определяется по формуле:

[т/м³]

где:

, , , , , - содержание компонентов в процентах по объему;

m и n - число атомов углерода и водорода.

Вес дымовых газов при α = 1,2 определяется по формуле:

кг/м³

где:

- удельный вес сухого газа, т/м³. d – влажность осушенного природного газа, г/м³. Принимаем d = 10 г/м³; - коэффициент избытка воздуха. =1,2;

- теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м³ сухого газообразного топлива, м³/м³.

Удельный вес дымовых газов при =1,2 определяется по формуле:

кг/м³

где: - вес дымовых газов при α = 1,2, кг/м³. - полный объем дымовых газов, образующихся при сжигании 1м³ газа при α = 1,2, м³/м³.

Средний удельный вес продуктов сгорания при средней температуре продуктов сгорания определяется по формуле:

кг/м³

где:

- удельный вес дымовых газов при α = 1,2, кг/м³. - средняя температура продуктов сгорания, °С.

Действительный объем продуктов сгорания определяется по формуле:

м³/ч

где:

В_Т - расход газа с учетом его теплотворной способности, м³/ч.

- полный объем дымовых газов, образующихся при сжигании 1 м³ газа при =1,2. - средняя температура дымовых газов в дымовой трубе, °С.

Сечение дымовой трубы определяется с учетом скорости движения продуктов сгорания в дымовой трубе и рассчитывается по формуле:

[м²], где

- действительный объем продуктов сгорания, м³/ч; - скорость продуктов сгорания, м/с. Примем скорость продуктов сгорания 1,5м/с.

Диаметр дымовой трубы рассчитывается по формуле:

[м], ГД

- сечение дымовой трубы, м².

Принимаем дымовую трубу диаметром близким к стандартным диаметрам трубопроводов d_ст, тогда сечение ее будет:

[м²]

Для расчета принимаем дымоотвод диаметром d_д, тогда сечение его будет:

м²

Средняя скорость продуктов сгорания в дымоотводе рассчитывается по формуле:

м/с, где - действительный объем продуктов

сгорания, м³/ч; - площадь сечения дымоотвода, м².

Средняя скорость продуктов сгорания в дымовой трубе рассчитывается по формуле:

м/с

где: - действительный объем продуктов сгорания, м³/ч; - площадь сечения дымовой трубы, м².

Сопротивление трения в дымоотводе рассчитывается по формуле:

[мм.в.ст.]

где: λ - коэффициент сопротивления трения: для стальных труб λ =0,02; Н_д - длина дымоотвода, м; - средняя скорость продуктов сгорания в дымоотводе, м/с; d_д - диаметр дымоотвода, м; - средний удельный вес продуктов сгорания при средней температуре продуктов сгорания, кг/м³, g - ускорение свободного падения., м/с², g = 9,81 м/с².

Сопротивление трения в дымовой трубе рассчитывается по формуле:

мм.в.ст.

где: λ - коэффициент сопротивления трения: для стальных труб λ =0,02; Н_тр - длина дымовой трубы, м; - средняя скорость продуктов сгорания в дымовой трубе, м/с; d_тр - диаметр дымовой трубы, м; - средний удельный вес продуктов сгорания при средней температуре продуктов сгорания, кг/м³. g - ускорение свободного падения., м/с², = 9,81 м/с².

Потери в местных сопротивлениях дымоотвода рассчитываются по формуле:

[ мм.в.ст.]

где: - сумма коэффициентов местных сопротивлений дымоотвода. На этом участке коэффициенты местных сопротивлений: вход в трубу ; диффузор круглого сечения (F₁/F₀ = 0,4 и α = 15°) - ; колено с изменением сечения (f/F = 0,8) - . Итого: = 2,11.

- средняя скорость продуктов сгорания в дымоотводе, м/с. - средний удельный вес продуктов сгорания при средней температуре продуктов сгорания, кг/м³; g - ускорение свободного падения., м/с². g = 9,81 м/с².

Потери в местных сопротивлениях дымовой трубы рассчитываются по формуле:

мм.в.ст.

Где - - сумма коэффициентов местных сопротивлений дымовой трубы. На этом участке коэффициент местного сопротивления: потери на выходе из трубы . Итого: = 1; - средняя скорость продуктов сгорания в дымовой трубе, м/с; - средний удельный вес продуктов сгорания при средней температуре продуктов сгорания, кг/м³.

Полное аэродинамическое сопротивление будет:

мм.в.ст.

где: h_тр(тр) - сопротивление трения в дымовой трубе, мм.в.ст. h_тр(д) - сопротивление трения в дымоотводе, мм.в.ст. h_мс(тр) - потери в местных сопротивлениях дымовой трубы, мм.в.ст. h_мс(д) - потери в местных сопротивлениях дымоотвода, мм.в.ст., 1,2 – коэффициент запаса на неучтенные сопротивления.

Величина самотяги вычисляется по формуле:

мм.в.ст.

где: Н_тр - высота дымовой трубы, м. - барометрическое давление, мм.рт.ст. = 745 мм.рт.ст; - расчетная температура наружного воздуха, °С. = 20 °С; - средняя температура уходящих газов в трубе, °С.

Разрежение за котлом будет:

мм.в.ст.

где: h_с - самотяга дымовой трубы, мм.в.ст. - полное аэродинамическое сопротивление, мм.в.ст.

Так как для работы котла разрежение за котлом должно быть не менее 3,0 мм.в.ст., то принятая дымовая труба высотой Н_тр обеспечит/ не обеспечит нормальную работу котла. Если условие не выполняется производится перерасчет при трубе большей высоты, или большего диаметра