Содержание
- №1. Коротко о принципах работы
- №2. Виды твердотопливных котлов по принципу работы
- №3. Материал изготовления теплообменника
- №6. Расчет мощности твердотопливного котла
- №10. Производители твердотопливных котлов
- 1. Общие сведения и понятия о котельных установках
- 2. Классификация котельных установок
- 3. Классификация котельных агрегатов
- 5. Классификация котлов и их основные параметры
- Как выбрать правильный котел для отопления частного дома: преимущества и недостатки устройств
- Бытовые отопительные котлы: что важно учесть при выборе
- Газовые котлы
- Индукционные котлы
- Твердотопливные котлы
- Жидкотопливные котлы
- Организация системы отопления
- Классические твердотопливные котлы
- Пиролизные котлы
- Котлы длительного горения
- Пеллетные котлы
Доступ к электричеству и газу есть далеко не везде, а греться как-то надо. Отличным решением станет установка твердотопливного котла. Мало того, что он позволяет создать полностью автономную систему теплообеспечения, так еще в эксплуатации очень экономичен. Твердотопливные котлы используются в качестве основного и резервного источника тепла, а для получения тепловой энергии сжигают дрова, опилки, уголь или пеллеты. Это достаточно громоздкие агрегаты, да и топливо приходится подкидывать регулярно, но низкая стоимость получаемой энергии позволяет твердотопливным котлам до сих пор конкурировать с более современными газовыми и электрическими. Разберемся, какой твердотопливный котел лучше выбрать для частного дома, определимся с мощностью, типом теплообменника и прочими нюансами.
№1. Коротко о принципах работы
Казалось бы, что сложного в твердотопливном котле? Закинул дрова или уголь в топку, они сгорели, нагрели воду, и дом наполнился теплом. В целом, все так и есть, но принцип работы устройства несколько сложнее. В конструкции современного твердотопливного котла можно выделить такие основные элементы:
- топка;
- система циркуляции теплоносителя;
- система удаления дыма;
- система безопасности;
- система аккумуляции тепла.
В топку подается топливо и сжигается для получения теплоты. Это в классическом варианте. Есть пиролизные котлы, в которых твердое топливо (дрова) тлеет, выделяя газ, который потом сгорает, обеспечивая выделение тепла. КПД при этом несколько возрастает, но с особенностями работы классических и пиролизных котлов разберемся позже.
Топка представляет собой большую емкость с двойными стенками, между которыми находится теплоноситель. Это в большинстве случае вода, реже используется незамерзающая жидкость или смесь воды и антифриза. Теплоноситель получает тепло от сгоревшего топлива, циркулирует по трубам и радиаторам, нагревая воздух в доме. Остывая, вода вновь возвращается в котел и все повторяется. Часто для улучшения циркуляции используют специальные насосы.
При сжигании топлива образуется не только теплота, но и газы, которые необходимо выводить. Для этого предназначена система удаления дыма. Дымоход отводит газы от котла на улицу, иногда для повышения эффективности этого процесса используется система принудительной вентиляции.
Самая большая опасность, которая может случиться при работе твердотопливного котла, — это перегрев теплоносителя. Вода уже может быть достаточно нагрета, а котел будет продолжать вырабатывать тепло. Если вода закипит, отопительная система может не выдержать, особенно если в доме установлены достаточно чувствительные к высоким температурам металлопластиковые трубы. Остановить сгорание дров или угля практически невозможно – остается только уменьшать интенсивность, а чтобы в систему не попал перегретый теплоноситель, используют охлаждающий теплообменник. В него поступает холодная вода из водопровода, но на случай отключения воды лучше всегда иметь достаточный ее запас.
Охлаждающий теплообменник может быть встроен в котел или находиться между котлом и остальной системой отопления. Встроить его можно только в конструкцию стального котла. Работает он одним из двух возможных способов:
- первый вариант – охлаждение разогретого теплоносителя, который проходит через охлаждающий теплообменник. Холодная вода в охлаждающий теплообменник подается через термоклапан, который открывается, когда температура теплоносителя достигает +950С. Процесс длится, пока теплоноситель не остынет до безопасной температуры;
- второй вариант предусматривает наличие отключающего клапана. Если температура воды повышается до критических значений, клапан не позволяет ей поступать в трубы. В систему теплоснабжения подается холодная вода из водопровода, а перегретый теплоноситель сливается в канализацию. Правда, давление воды должно быть достаточным, а в ее составе не должно быть повышенного количества солей, которые спровоцируют образование накипи.
Сливать нагретую воду в канализацию – не очень умно и экономно, поэтому конструкцию твердотопливного котла лучше дополнить баком-аккумулятором. Это буфер между котлом и остальной системой отопления, благодаря которому реализовывается ряд важных функций:
- накопление теплой воды для дальнейшего ее использования, а это экономия топлива, комфорт, стабильность в поддержании температуры и снижение количества походов к топке для подбрасывания топлива;
- защита от аварий. В баке перегретая вода смешивается с теплой;
- возможность использовать котлы разного типа. Бак-аккумулятор будет общим для твердотопливного и, например, газового или электрического котла, позволит просто организовать единую систему теплообеспечения дома и подстраховать себя несколькими источниками тепла.
Теплоаккумуояторы изготавливаются из чугуна или стали, получают мощную теплоизоляцию. Объем буфера, в первую очередь, зависит от мощности котла: на каждый 1 кВт необходимо предусмотреть 25 л объема бака. Качество этого элемента отопительной системы должно быть высочайшим, поэтому доверять лучше продукции известных производителей. В интернет-магазине https://www.duim24.ru/ представлены теплоаккумуляторы только от проверенных компаний, ассортимент включает баки разного объема и материала изготовления.
№2. Виды твердотопливных котлов по принципу работы
При схожей общей схеме устройства разные виды твердотопливных котлов имеют некоторые нюансы в конструкции. Весь существующий ассортимент можно поделить на такие виды:
- классические, или традиционные котлы;
- пиролизные, или газогенерирующие котлы;
- котлы длительного горения;
- пеллетные котлы.
Классические твердотопливные котлы
Такие котлы во много напоминают обычные печи. Тепло тут получается в результате пламенного горения топлива. В качестве последнего используют, как правило, дрова или уголь. Топливо подается через одну дверцу, а через другую – котел очищается от золы и прочих продуктов неполного горения. Традиционные котлы могут иметь как чугунный, так и стальной теплообменник, используются обычно в системах с естественной циркуляцией.
Хоть КПД данного рода устройств не самый высокий, их ценят за надежность, ведь в конструкции котла минимум электронных элементов, которые могут выйти из строя. Единственный элемент автоматизации – регулятор температуры, но и он работает по механическому принципу. Классические котлы долговечны и редко требуют ремонт.
Пиролизные котлы
Пиролизные (газогенераторные) котлы устроены несколько более сложно. В их конструкции присутствует две камеры сгорания. В первую кладут твердое топливо (дрова), при высокой температуре и дефиците кислорода происходит процесс пиролиза с высвобождением пиролизного газа. Он переходит во вторую камеру, где сгорает и отдает тепло теплоносителю. От дров остается только древесный уголь.
Температура сгорания пиролизного газа выше, чем у дров, что обеспечивает повышение КПД котла до 90%. Если учесть и тот факт, что процесс тления древесины проходит медленнее, чем ее сгорание, то можно говорить о еще одном преимуществе – одной закладки топлива хватит на 10-13 часов (для классических котлов этот показатель – 5-7 часов). В качестве топлива используют древесину твердых пород и невысокой влажности (не более 20%).
Котлы длительного горения
Данный вид котлов во многом напоминает пиролизные, но отличается некоторыми техническими особенностями. Твердое топливо тлеет в первой камере, образует газы, которые догорают во второй топке. При этом в процесс тления и горения вовлекается только верхняя часть топлива. За счет этого загружать его приходится реже, а КПД растет. Одной загрузки дров хватит для того, чтобы котел работал двое суток. Главный недостаток – высокая стоимость оборудования.
Пеллетные котлы
Их часто называют также автоматическими котлами. По принципу действия они мало чем отличаются от традиционных, но кроме топки, у них есть бункер для хранения запаса топлива. Это значит, что ненужно будет часто подходить и закидывать топливо в топку вручную – все сделает автоматика. Между загрузками запаса топлива может проходить около 7 суток. Кроме того, такую систему можно очень точно отрегулировать под себя. Топливо считается одним из самых экологичных на данный момент. Пеллеты – это гранулы, которые производят из древесных отходов (опилки, стружка и т.д.). КПД таких систем 91-95%, единственный минус – высокая цена котлов.
№3. Материал изготовления теплообменника
Вариантов тут немного. Теплообменники могут быть:
- стальными;
- чугунными.
Однозначно сказать, какой твердотопливный котел лучше выбрать, сложно – все зависит от бюджета, условий эксплуатации и личных требований. Производители выпускают и те, и те котлы.
Чугунные теплообменники обладают такими преимуществами:
- они собираются из отдельных секций, поэтому их транспортировка и монтаж проще. Более того, при повреждении одной из секций ее можно заменить, поэтому долговечность таких котлов на высоте – до 20 лет и более;
- чугун в процессе эксплуатации покрывается пленкой оксида железа. Это сухая ржавчина, которая почти не прогрессирует, защищая остальную массу материала от негативного воздействия. Чугун более стойкий к коррозии, поэтому и чистить теплообменник придётся реже;
- чугун дольше сохраняет тепло, это плюс. Обратная сторона – он медленнее прогревается.
Среди минусов большой вес, более высокая, чем у стали, хрупкость, и слабая устойчивость к термическим ударам. При резкой смене температур чугунный теплообменник может запросто треснуть, так что избегайте попадания в еще неостывший теплообменник холодной воды.
К преимуществам стального теплообменника можно отнести:
- более высокая прочность, а так как такой теплообменник варится в заводских условиях и выходит цельным, появляется возможность изготавливать камеры сгорания сложных конфигураций, за счет чего повышается КПД;
- высокая устойчивость к резким сменам температур. Котлы с такими теплообменниками, как правило, получают более развитую автоматику, так как управлять температурой можно свободно, не боясь повредить конструкцию;
- не такой высокий вес, как и чугуна;
- более быстрый нагрев, но и быстрое остывание.
С другой стороны, сталь более подвержена развитию коррозионных процессов. Несмотря на устойчивость к перепадам температур, при частых подобных колебаниях возможно появление трещин в местах сварки. В случае чего отремонтировать стальной котел будет невозможно – придется покупать новый, поэтому и долговечность таких конструкций ниже.
№6. Расчет мощности твердотопливного котла
Один из главных показателей, на который стоит в первую очередь обращать внимание при выборе твердотопливного котла, — это его мощность, от которой зависит, какую площадь он сможет обеспечить теплом. Исходить следует как раз-таки из площади отапливаемого помещения. Можно пользоваться общепринятым правилом: на каждые 10 м2 площади необходим 1 кВт мощности котла. Это при условии нормальной теплоизоляции и высоте потолков не больше 3 м.
Получается, для отопления дома площадью 150 м2 будет достаточно котла 15 кВт. Он даже при внешней температуре -360С обеспечит поддержание температуры в доме +180С. При недостаточной теплоизоляции дома, а также при суровом климате лучше взять котел с небольшим запасом мощности.
Если котел будет использоваться в системе горячего водоснабжения, то это необходимо учитывать при расчете мощность теплообменника. Специалисты говорят, что для обеспечения комфорта в доме мощность двухконтурного котла в любом случае не должна быть ниже 24 кВт. Более точные расчеты лучше доверить профессионалам, которые примут во внимание все особенности конкретного дома и системы отопления.
№10. Производители твердотопливных котлов
Мы не откроем Америку, если скажем, что качество во многом зависит от репутации производителя. Крупные компании не будут портить свое имя продукцией ненадлежащего качества, так что при выборе твердотопливного кота лучше обращать внимание на модели от проверенных производителей. Это тот случай, когда лучше не экономить.
Отметить можно котлы таких марок:
- Buderus – немецкая компания, которая специализируется на производстве котлов разного вида и назначения. Твердотопливные модели работают на разных видах топлива, есть классические и пиролизные котлы, мощности достаточно для отопления больших частных домов;
- Bosch выпускает традиционные энергонезависимые котлы;
- Ferroli – крупная итальянская компания, выпускает бытовые и частные котлы. Среди твердотопливных есть котлы на угле, дровах и пеллетах. Ассортимент широкий, качество на высоте;
- SIME – еще одна итальянская компания, которая сделала имя всего за 35 лет. Продукция экспортируется в 50 стран мир, ассортимент представлен котлами на угле и дровах;
- VIADRUS – чешские котлы. Представлены в достаточно широком ассортименте, надежны, безопасны, отличаются приятной стоимостью;
- Stropuva – литовский производитель, который часто представляет новые решения в сфере. Последняя разработка – котел мощностью 40 кВт с возможность работать от одной загрузки 30 часов;
- Protherm – качественные словацкие чугунные котлы с высоким КПД.
Также можно отметить продукцию отечественных предприятий, выпускаемую под марками «Прометей» (для домов до 450 м2), «Очаг» (есть двухконтурные котлы), «Зота» и «Дымок».
1. Общие сведения и понятия о котельных установках
Котельная установка (котельная) — это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило — воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.
Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы — котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные — для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные — для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.
Котел — это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.
Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.
Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.
Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.
Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.
В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.
Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.
Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.
Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.
2. Классификация котельных установок
Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).
Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.
Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.
В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.
Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.
Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.
Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.
Рис. 1. Пример территории котельной и некоторого ее оборудования
Рис. 2. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования
Рис. 3. Примеры компоновки некоторых котельных и их оборудования
Рис. 4. Принципиальные схемы паровой и водогрейной котельных
Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.
Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).
В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.
Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.
Рис. 5. Схема паровой котельной установки: 1 — циркуляционный насос; 2 — топка; 3 — пароперегреватель; 4 — верхний барабан; 5 — водоподогреватель; 6 — воздухоподогреватель; 7 — дымовая труба; 8 — центробежный вентилятор (дымосос); 9 — вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель
На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.
При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.
Рис 6. Схема котельного агрегата
Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.
Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.
Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.
Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.
Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.
Рис. 7. Технологическая схема производственно-отопительной котельной
Для правильного монтажа всех элементов котельной используют монтажную схему, пример которой показан на рис. 9.
Рис. 9. Пример монтажной схемы автономной газовой котельной
Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.
Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.
Водогрейная котельная имеет один теплоноситель — воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя — вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями — трубопроводами, газопроводами и др.
Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.
3. Классификация котельных агрегатов
Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:
— котлы с естественной циркуляцией;
— котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).
В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды — котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.
Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами — на рис. 11, а размещение в котельной — на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).
Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.
Рис. 10. Паровой котел серии КЕ, работающий на твердом топливе
Рис. 11. Верхний и нижний барабаны и трубы парового котла
Рис. 12. Паровой котел с верхним и нижним барабанами в котельной
В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.
В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.
В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.
По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла — паропроизводительность, давление и температура.
Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.
Рис. 13. Устройство парового котла
Рис. 14. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной
По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.
По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.
Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.
Рис. 15. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной
Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования
5. Классификация котлов и их основные параметры
Котлы различают по следующим признакам:
По назначению:
Энергетические – вырабатывающие пар для паровых турбин; их отличает высокая производительность, повышенные параметры пара.
Промышленные – вырабатывающие пар как для паровых турбин, так и для технологических нужд предприятия.
Отопительные – производящие пар для отопления промышленных,жилых и общественных зданий. К ним относятся и водогрейные котлы. Водогрейный котел – устройство, предназначенное для получения горячей воды с давлением выше атмосферного.
Котлы-утилизаторы — предназначены для получения пара или горячей воды за счет использования тепла вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) при переработке отходов химических производств, бытового мусора и т.д.
Энерготехнологические – предназначены для получения пара за счет ВЭР и являющиеся неотъемлемой частью технологического процесса (например, содорегенерационные агрегаты).
По конструкции топочного устройства (рис. 7):
Рис. 7. Общая классификация топочных устройств
Различают топки слоевые – для сжигания кускового топлива и камерные – для сжигания газового и жидкого топлива, а также твердого топлива в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии.
Слоевые топки подразделяются на топки с плотным и кипящим слоем, а камерные – на факельные прямоточные и циклонные (вихревые).
Камерные топки для пылевидного топлива подразделяют на топки с твердым и жидким шлакоудалением. Кроме того, по конструкции они могут быть однокамерными и многокамерными, а по аэродинамическому режиму – под разрежением и под наддувом.
В основном используется схема под разряжением, когда в газоходах котла дымососом создается давление меньше атмосферного, то есть разряжение. Но в некоторых случаях при сжигании газа и мазута или твердого топлива с жидким шлакоудалением может использоваться схема под наддувом.
Схема котла под наддувом. В этих котлах высоконапорная дутьевая установка обеспечивает избыточное давление в топочной камере 4 – 5 кПа, которое позволяет преодолеть аэродинамическое сопротивление газового тракта (рис. 8). Поэтому в этой схеме отсутствует дымосос. Газоплотность газового тракта обеспечивается установкой мембранных экранов в топочной камере и на стенах газоходов котла.
Достоинства данной схемы:
— сравнительно низкие капитальные затраты на обмуровку;
— более низкий по сравнению с котлом, работающим под
разряжением, расход электроэнергии на собственные нужды;
— более высокий КПД за счет снижения потерь с уходящими газами из-за отсутствия присосов воздуха в газовый тракт котла.
Недостаток – сложность конструкции и технологии изготовления мембранных поверхностей нагрева.
По виду теплоносителя, генерируемого котлом: паровые и водогрейные.
По перемещению газов и воды (пара):
-
газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами);
-
водотрубные;
-
комбинированные.
Схема жаротрубного котла. Котлы предназначены для замкнутых систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и выпускаются для работы при допустимом рабочем давлении 6 бар и допустимой температуре воды до 115 °С. Котлы предназначены для работы на газообразном и жидком топливе, в том числе на мазуте и сырой нефти, и обеспечивают КПД при работе на газе – 92 % и на мазуте – 87 %.
Стальные водогрейные котлы имеют горизонтальную реверсивную камеру сгорания с концентрическим расположением дымогарных труб (рис. 9). Для оптимизации тепловой нагрузки, давления в камере сгорания и температуры отходящих газов дымогарные трубы оснащены турбулизаторами из нержавеющей стали.
Рис. 8. Схема котла под «наддувом»:
1 – воздухозаборная шахта; 2 – высоконапорный вентилятор;
3 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 4 – водяной экономайзер
1-й ступени; 5 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 6 – воздуховоды
горячего воздуха; 7 – горелочное устройство; 8 – газоплотные
экраны, выполненные из мембранных труб; 9 – газоход
Рис. 9. Схема топочной камеры жаротрубных котлов:
1 – передняя крышка;
2 – топка котла;
3 – дымогарные трубы;
4 – трубные доски;
5– каминная часть котла;
6 – люк каминной части;
7 – горелочное устройство
По способу циркуляции воды все разнообразие конструкций паровых котлов на весь диапазон рабочих давлений можно свести к трем типам:
— с естественной циркуляцией – рис. 10а ;
— с многократной принудительной циркуляцией – рис. 10б ;
— прямоточные – рис. 10в.
а) б)
в)
Рис. 10. Способы циркуляции воды
В котлах с естественной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счет разности плотностей столбов рабочей среды: воды в опускной питательной системе и пароводяной смесив подъемной испарительной части циркуляцион-ного контура (рис. 10а). Движущий напор циркуляциив контуре можно выразить формулой
, Па ,
где h – высота контура, g – ускорение свободного падения, ,– плотность воды и пароводяной смеси.
При критическом давлении рабочая среда является однофазной и ее плотность зависит только от температуры, а так как последние близки между собой в опускной и подъемной системах, то движущий напор циркуляции будет очень мал. Поэтому на практике естественная циркуляция применяется для котлов только до высоких давлений, обычно не выше 14 МПа.
Движение рабочего тела по испарительному контуру характери-зуется кратностью циркуляции К, которая представляет собой отношение часового массового расхода рабочего тела через испарительную систему котла к его часовой паропроизводительности. Для современных котлов сверхвысокого давления К=5-10, для котлов низких и средних давлений К составляет от 10 до 25.
Особенностью котлов с естественной циркуляцией является способ компоновки поверхностей нагрева, заключающийся в следующем:
-
опускные трубы не должны обогреваться для сохранения на достаточно высоком уровне ;
-
подъемные трубы должны иметь такую конструкцию, чтобы исключить образование паровых пробок при движении по ним пароводяной смеси;
-
скорости воды и смеси во всех трубах должны быть умеренными для получения невысоких гидравлических сопротивлений, что достигается выбором труб поверхностей нагрева достаточно большого диаметра (60 — 83 мм).
В котлах с многократной принудительной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счет работы циркуляционного насоса, включаемого в опускной поток рабочей жидкости (рис. 10б). Кратность циркуляции поддерживается невысокой (К=4-8), поскольку циркуляционный насос гарантирует ее сохранение при всех колебаниях нагрузки. Котлы с многократной принудительной циркуляцией позволяют экономить металл для поверхностей нагрева, так как допускаются повышенные скорости воды и рабочей смеси, частично улучшая, таким образом, охлаждение стенки труб. Габариты агрегата при этом несколько снижаются, так как диаметр трубок можно выбирать меньшим, чем для котлов с естественной циркуляцией. Эти котлы могут применяться вплоть до критических давлений 22,5 МПа, наличие барабана дает возможность хорошо осушать пар и продувать загрязненную котловую воду.
В прямоточных котлах (рис. 10в) кратность циркуляции равна единице и движение рабочего тела от входа в экономайзер и до выхода из агрегата перегретого пара принудительное, осуществляемое питательным насосом. Барабан (достаточно дорогой элемент) отсутствует, что дает при сверхвысоком давлении известное преимущество прямоточным агрегатам; однако это обстоятельство вызывает при сверхкритическом давлении удорожание станционной водоподготовки, поскольку повышаются требования к чистоте питательной воды, которая должна в этом случае содержать примесей не больше, чем выдаваемый котлом пар. Прямоточные котла универсальны по рабочему давлению, а на закритическом давлении вообще являются единственными генераторами пара и находят широкое применение в современной электроэнергетике.
Существует разновидность циркуляции воды в прямоточных парогенераторах – комбинированная циркуляция, осуществляемая за счет особого насоса или дополнительного параллельного циркуляционного контура естественной циркуляции в испарительной части прямоточного котла, позволяющая улучшить охлаждение экранных труб при малых нагрузках котла за счет увеличения на 20–30 % массы циркулируемой через них рабочей среды.
Схема котла с многократной принудительной циркуляцией на докритическое давление представлена на рис. 11.
Рис. 11. Конструктивная схема котла с многократной принудительной циркуляцией:
1 – экономайзер; 2 – барабан;
3 – опускная питательная труба; 4 – циркуляционный насос; 5 – раздача воды по циркуляционным контурам;
6 – испарительные радиа-ционные поверхности нагрева;
7 – фестон; 8 – пароперегреватель;
9 – воздухоподогреватель
Циркуляционный насос 4 работает с перепадом давления 0,3 МПа и позволяет применять трубы малого диаметра, что дает экономию металла. Малый диаметр труб и невысокая кратность циркуляции (4 – 8) вызывают относительное снижение водяного объема агрегата, следовательно, снижение габаритов барабана, уменьшение сверлений в нем, а отсюда общее снижение стоимости котла.
Малый объем и независимость полезного напора циркуляции от нагрузки позволяют быстро растапливать и останавливать агрегат, т.е. работать в регулировочно-пусковом режиме. Область применения котлов с многократной принудительной циркуляцией ограничивается сравнительно невысокими давлениями, при которых можно получать наибольший экономический эффект за счет удешевления развитых конвективных испарительных поверхностей нагрева. Котлы с многократной принуди-тельной циркуляцией нашли распространение в теплоутилизационных и парогазовых установках.
Прямоточные котлы. Прямоточные котлы не имеют зафиксированной границы между экономайзером и испарительной частью, между испарительной поверхностью нагрева и пароперегревателем. При изменении температуры питательной воды, рабочего давления в агрегате, воздушного режима топки, влажности топлива и других факторов соотношения между поверхностями нагрева экономайзера, испарительной части и перегревателя меняются. Так, при понижении давления в котле снижается теплота жидкости, повышается теплота испарения и снижается теплота перегрева, поэтому уменьшается зона, занимаемая экономайзером (зона подогрева), растет зона испарений и уменьшается зона перегрева.
В прямоточных агрегатах все примеси, поступающие с питательной водой, не могут удаляться с продувкой подобно барабанным котлам и откладываются на стенках поверхностей нагрева или уносятся с паром в турбину. Поэтому прямоточные котлы предъявляют высокие требования к качеству питательной воды.
Для уменьшения опасности пережога труб из-за отложения солей в них зону, в которой испаряются последние капли влаги и начинается перегрев пара, на докритических давлениях выносят из топки в конвективный газоход (так называемая вынесенная переходная зона).
В переходной зоне идет энергичное выпадение и отложение примесей, а так как температура стенки металла труб в переходной зоне ниже, чем в топке, то опасность пережога труб значительно снижается и толщину отложений можно допускать большей. Соответственно удлиняется межпромывочная рабочая кампания котла.
Для агрегатов закритических давлений переходная зона, т.е. зона усиленного выпадения солей, также имеется, но она сильно растянута. Так, если для высоких давлений ее энтальпия измеряется величиной 200-250 кДж/кг, то для закритических давлений возрастает до 800 кДж/кг, и тогда выполнение вынесенной переходной зоны становится нецелесообразным, тем более, что содержание солей в питательной воде здесь так мало, что практически равно их растворимости в паре. Поэтому, если котел, спроектированный на закритическое давление, имеет вынесенную переходную зону, то делается это только из соображений обычного охлаждения дымовых газов.
Из-за малого аккумулирующего объема воды у прямоточных котлов важную роль играет синхронность подачи воды, топлива и воздуха. При нарушении этого соответствия в турбину можно подать влажный или чрезмерно перегретый пар, в связи с чем для прямоточных агрегатов автоматизация регулирования всех процессов является просто обязательной.
Прямоточные котлы конструкции профессора Л.К. Рамзина. Особенностью котла является компоновка радиационных поверхностей нагрева в виде горизонтально-подъемной навивки трубок по стенам топки с минимумом коллекторов (рис. 12).
Рис. 12. Конструктивная схема прямоточного котла Рамзина:
1 – экономайзер; 2 – перепускные необогреваемые трубы;
3 – нижний распределительный коллектор воды; 4 – экранные
трубы; 5 – верхний сборный коллектор смеси; 6 – вынесенная
переходная зона; 7 — настенная часть перегревателя;
8 – конвективная часть перегревателя; 9 –воздухоподогреватель;
10 – горелка
Как в дальнейшем показала практика, такое экранирование имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Позитивным является равномерный обогрев отдельных трубок, включенных в ленту, так как трубки проходят по высоте топки все температурные зоны в одинаковых условиях. Негативным – невозможность выполнения радиационных поверхностей заводскими крупными блоками, а также повышенная склонность к теплогидравлическим разверкам (неравномерное распределение температуры и давления в трубах по ширине газохода) при сверхвысоком и сверхкритическом давлении из-за большого приращения энтальпии в длинном змеевике.
Для всех систем прямоточных агрегатов соблюдаются некоторые общие требования. Так, в конвективном экономайзере питательная вода до поступления в топочные экраны не догревается до кипения примерно на 30 °С, что устраняет образование пароводяной смеси и неравномерное ее распределение по параллельным трубкам экранов. Далее, в зоне активного горения топлива, в экранах обеспечивается достаточно высокая массовая скорость ρω ≥ 1500 кг/(м2·с) при номинальной паропроизводительности Dн , что гарантирует надежное охлаждение трубок экранов. Около 70 – 80 % воды превращается в пар в экранах топки, а в переходной зоне испаряется оставшаяся влага и весь пар перегревается на 10-15 °С во избежание отложения солей в верхней радиационной части перегревателя.
Кроме того, паровые котлы классифицируются по давлению пара и по паропроизводительности.
По давлению пара:
-
низкого – до 1 МПа;
-
среднего от 1 до 10 МПа;
-
высокого – 14 МПа;
-
сверхвысокого – 18-20 МПа;
-
сверхкритического – 22,5 МПа и выше.
По производительности:
-
малая –до 50 т/ч;
-
средняя – 50-240 т/ч;
-
большая (энергетическая) – свыше 400 т/ч.
Маркировка котлов
Для маркировки котлов установлены следующие индексы:
вид топлива: К – каменный уголь; Б – бурый уголь; С – сланцы; М – мазут; Г – газ (при сжигании мазута и газа в камерной топке индекс типа топки не указывается); О – отходы, мусор; Д – другие виды топлива;
тип топки: Т – камерная топка с твердым шлакоудалением; Ж – камерная топка с жидким шлакоудалением; Р – слоевая топка (индекс вида топлива, сжигаемого в слоевой топке, в обозначении не указывается); В – вихревая топка; Ц – циклонная топка; Ф – топка с кипящим слоем; в обозначение котлов с наддувом вводится индекс Н; при сейсмически стойком исполнении – индекс С.
способ циркляции: Е – естественная; Пр – многократная принудительная;
Пп – прямоточные котлы.
Цифрами указывается :
для паровых котлов – паропроизводительность (т/ч), давление перегретого пара (бар), температура перегретого пара (°С);
для водогрейных – теплопроизводительность (МВт).
Например: Пп1600–255–570 Ж. Прямоточный котел паропроизводи-тельностью 1600 т/ч, давление перегретого пара – 255 бар, температура пара – 570 °С, топка с жидким шлакоудалением.
Компоновка котлов
Под компоновкой котла подразумевается взаимное расположение газоходов и поверхностей нагрева (рис. 13).
Рис. 13. Схемы компоновки котлов:
а – П-образная компоновка; б – двухходовая компоновка; в – компоновка с двумя конвективными шахтами (Т-образная); г – компоновка с U-образными конвективными шахтами; д – компоновка с инверторной топкой; е – башенная компоновка
Наиболее распространена П-образная компоновка (рис.13а – одноходовая, 13б – двухходовая). Преимуществами ее являются подача топлива в нижнюю часть топки и вывод продуктов сгорания из нижней части конвективной шахты. Недостатки этой компоновки — неравномерное заполнение газами топочной камеры и неравномерное омывание продуктами сгорания поверхностей нагрева, расположенных в верхней части агрегата, а также неравномерная концентрация золы по сечению конвективной шахты.
Т-образная компоновка с двумя конвективными шахтами, расположенными по обе стороны топки с подъемным движением газов в топке (рис. 13в), позволяет уменьшить глубину конвективной шахты и высоту горизонтального газохода, но наличие двух конвективных шахт усложняет отвод газов.
Трехходовая компоновка агрегата с двумя конвективными шахтами (рис. 13г) иногда применяется при верхнем расположении дымососов.
Четырехходовая компоновка (Т-образная двухходовая) с двумя вертикальными переходными газоходами, заполненными разряженными поверхностями нагрева, применяется при работе агрегата на зольном топливе с легкоплавкой золой.
Башенная компоновка (рис. 13е) используется для пиковых парогенераторов, работающих на газе и мазуте в целях использования самотяги газоходов. При этом возникают затруднения, связанные с креплением конвективных поверхностей нагрева.
U – образная компоновка с инверторной топкой с нисходящим в ней потоком продуктов сгорания и подъемным их движением в конвективной шахте (рис. 13д) обеспечивает хорошее заполнение топки факелом, низкое расположение пароперегревателей и минимальное сопротивление воздушного тракта вследствие малой длины воздуховодов. Недостаток такой компоновки – ухудшенная аэродинамика переходного газохода, обусловленная расположением горелок, дымососов и вентиляторов на большой высоте. Такая компоновка может оказаться целесообразной при работе котла на газе и мазуте.
Как выбрать правильный котел для отопления частного дома: преимущества и недостатки устройств
Устройство системы отопления во многом определяется доступным видом топлива. Но представленные на рынке отопительные котлы различаются не только по этому критерию, перед покупкой стоит также ознакомиться с особенностью их установки и эксплуатации. И так, как выбрать котел для отопления частного дома, что бы потом не пожалеть о сделанной покупке.
При организации системы индивидуального отопления, человеку придется столкнуться с рядом важных вопросов, одним из которых будет выбор отопительного прибора.
Отопительный котел в интерьере жилого помещения
Сегодня на рынке представлены сотни моделей импортного и отечественного производства, и выбрать среди них действительно подходящее оборудование достаточно тяжело, особенно, если учесть, что вид доступного топлива это важный, но не определяющий момент. Также нужно принять во внимание особенности проектирования отопительной системы и горячего водоснабжения, сочетаемость ее отдельных элементов, место, где котел может быть установлен и принцип его работы.
Бытовые отопительные котлы: что важно учесть при выборе
Для того, чтобы приобрести котел и не пожалеть об этом спустя некоторое время, нужно заранее ознакомиться со всеми возможными видами отопительных приборов, особенностями их установки и эксплуатации. Это позволит не только обеспечить комфортные условия проживания в холодное время года, а и сделать их максимально выгодными для семейного бюджета. Для удобства можно выделить несколько критериев, которые будут определяющими при выборе отопительного устройства.
Котел на твердом топливе
- Вид используемого топлива, которое доступно не только на сегодняшний день, а и в дальнейшей перспективе. Всего их четыре: газ, электричество, жидкое и твердое топливо. Большинство современных котлов не потребуют дополнительного времени или сил, потраченных на обслуживание, чего нельзя сказать про твердотопливные котлы.
- Конструкция оборудования зависит от систем отопления и горячего водоснабжения. Различают одноконтурный идвухконтурный котел. Одноконтурный предназначен исключительно для отопительных работ, тогда как двухконтурный котелотличается наличием двух теплообменников, один из которых используется системой отопления, а второй для нагрева воды.
- Тепловая мощность агрегата чаще уже рассчитана проектировщиками при строительстве или ремонте индивидуального отопления. Самостоятельно ее можно определить, используя специальные программы для расчета.
- Напольный или настенный котел. Данный критерий актуален, только если устанавливаются газовые или электрическиеотопительные котлы. Напольные модели просты в эксплуатации и надежны, могут отвечать любой
требуемой мощности. Мощность моделей настенных котлов не превышает 42 кВт, а максимальный размер отаплиевомого помещения – 400 м. кв. Но доступная цена, простой монтаж и компактность, являются неоспоримыми достоинствами данного класса. - Автоматика оборудования зависит от требований к регулировке температурного режима системы. Выбирают между одноступенчатыми, двухступенчатыми, бесступенчатыми и плавнорегулируемыми устройствами.
Схема: одно- и двухконтурный котел
Газовые котлы
Газовые котлы наиболее популярный сегодня вариант, благодаря доступности и экономичности голубого топлива. Устройства бывают двух типов:
- Конденсационные газовые котлы кроме тепловой энергии от сгорания топлива используют тепло конденсируемого водяного пара, что позволяет обеспечить более экономичный расход газа и тем самым снизить материальные затраты на отопление. Отвод жидкости организовывают в канализацию или в систему подачи горячей воды. Конденсационные устройства не охлаждают помещение, поскольку имеют закрытую камеру сгорания. Подача воздуха и вывод продуктов горения –
принудительные и осуществляются на улицу, что позволяет использовать устройства в помещении, не оборудованном стационарным дымоотводом. - Конвекционные. Используют для нагрева теплоносителя только энергию, выделяемую при сгорании топлива. Как правило, они оборудованы открытой камерой
сгорания и работают за счет естественной тяги, потребляя кислород из помещений, в которых их установили. Поэтому при использовании такого варианта стоит позаботиться о
качественной вентиляции и предусмотреть наличие стационарного дымохода.
Схема: устройство конденсационного (слева) и конвекционного (справа) котлов
Также при выборе газового котла стоит обратить внимание на теплообменник. Это металлическая емкость, в которой собственно и выполняется нагрев теплоносителя. Если он выполнен из стали, срок эксплуатации такого устройства будет не самый высокий. Чугунные теплообменники более устойчивы к перепадам температуры, практически не ржавеют и могут эксплуатироваться свыше 50 лет. В некоторых дорогих моделях теплообменник может быть медным, легкий нержавеющий материал отличается хорошими техническими характеристиками, но требует особого внимания во время эксплуатации
Важно! Установка газового оборудования строго контролируется соответствующими органами, требует разрешения и наличия определенного пакета документов.
Газовые котлы достаточно экономичны и просты в эксплуатации. При правильном расчете мощности возможен обогрев помещения любых размеров. Для конвекционных моделей нужен дымоход и специальное, хорошо проветриваемое помещение.
Индукционные котлы
Принцип действия, по которому работают индукционные котлы, схож с работой трансформатора. Энергию теплоносителю, практически без потерь, передает металлический лабиринт, которой в свою очередь нагревается за счет перемагничивания в переменном магнитном поле, созданном индуктивной катушкой. Индукционные котлы работают с любим теплоносителем, это может быть вода, антифриз, масло. В дополнительных средствах автоматики, защиты или особой системе вентиляции они не нуждаются.
Малогабаритные индукционные котлы позволяют эффективно использовать пространство помещения, отличаются простотой монтажа, запуска и обслуживания. Их также используют в качестве резервной системы или в мобильных установках при аварийных ситуациях. Индукционные котлы считаются наиболее экономичными, но их установка возможна, только если отопительная система закрытого типа, с избыточным давлением и принудительной циркуляцией.
Индукционный котел
Компактные и малошумные электрические котлы не требуют специальных условий установки. Они простые и безопасные, не коптят, не нуждаются в обслуживающей или чистке. Но они не самый экономичный вариант, и в случае ее отключения электричества помещение останется без тепла.
Твердотопливные котлы
Твердотопливные котлы наиболее трудоемкие в обслуживании. Могут использоваться как основное, дополнительное или вспомогательное отопительное устройство. В последнем случае, они нагревают и разгоняют теплоноситель перед запуском электрических или газовых котлов, которые только поддерживают заданный температурный режим. Сегодня твердотопливные котлы производятся в нескольких модификациях:
- чугунные;
- пиролизные;
- пиллетные;
- твердотопливные котлы длительного горения.
Чугунные твердотопливные котлы
Надежные и безопасные, но достаточно габаритные агрегаты. Тепловую энергию получают при горении углей или дров. Работают на естественной или принудительной тяге.
Чугунный твердотопливный котел
Основным принципом работы этих котлов является генерация и дальнейшее дожигание пиролизного газа, выделившегося при сгорании твердого топлива в условиях высоких температур и недостатка кислорода. Пиролизные котлы оснащены автоматическими газорегулятором, который подает кислород в необходимом количестве для горения топлива, после чего последовательно снижает его подачу, это приводит к тлению древесины и переходу устройства в рабочий режим. Пиролизные
котлы, как правило, являются универсальными и работают на любом виде твердого топлива, это могут быть дрова, уголь или прессованные брикеты. Для того чтобы создать безопасные и максимально комфортные условия эксплуатации многие производители оснащают пиролизные котлы контуром охлаждения, который, при желании, можно соединить с системой горячего водоснабжения.
Пиролизный котел для обогрева дома
Пиллетные котлы
Редко устанавливаются в бытовых условиях, работает на прессованной гранулированной древесине – пиллетах. Некоторые модели могут быть оборудованы жестким или гибким шнеком, который после регулировки самостоятельно подсыпает необходимое количество топлива в зону горения. Тип розжига чаще автоматический. На продолжительность горения влияет емкость бункера.
Устройство пеллетного котла
Твердотопливные котлы длительного горения
В зависимости от конструкции котла топливом могут быть сухие дрова и опилки, или уголь и смеси угля с торфом и дровами. Отличительной особенностью этих котлов является особое устройство бункера, сгорание топлива в нем происходит сверху вниз, и сопровождается не открытым пламенем, а тлением. Благодаря чему время горения может увеличиваться до 24 часов.
Виды твердотопливных котлов длительного горения
Твердотопливные котлы – альтернатива газовым, по экономическим соображениям. Они экологически чистые и способны отапливать большие помещения, но в период эксплуатации твердотопливные котлы требуют постоянного контроля или дополнительной установки автоматической линии подачи топлива. Их габаритные размеры не всегда приемлемы, особенно если учесть, что установка возможна только в отдельном специально оборудованном помещении.
Жидкотопливные котлы
Такие котлы непременно ба стали очень популярны в силу своей автономности и высокого коэффициента полезного действия, если бы не стоимость топлива и обслуживающих работ. И тем не менее, они все же используются при отсутствии газовой магистрали и невозможности использования твердотопливных котлов.
Принцип их действия основывается на сгорании жидкого топлива, которое распыляется из горелки под давлением в камеру сгорания, где смешивается с воздухом и воспламеняется.Жидкотопливные котлы, как правило, оснащены всей необходимой автоматикой и в зависимости от вида используемого топлива, разделены на два типа.
- дизельные;
- масляные.
Дизельные напольные котлы
Достаточно компактные модели со стальным или чугунным теплообменником. Используют естественную или принудительную тягу. Вторые оборудованы закрытой камерой сгорания.
Дизельный напольный котел
Жидкотопливные котлы работающие на отработанном масле
Используются преимущественно на производствах, но могут быть установленны и в бытовых условиях. Особенностью агрегата, является наличие системы подогрева масла для его надёжного воспламенения.
Жидкотопливные котлы используются при отсутствии магистрального газа и других альтернативных видов топлива. Только в редких случаях их установка экономически целесообразна. Они просты в управлении, и не требуют специальных разрешений при установке. При этом, система отопительного прибора при грамотном подходе может быть переоборудована под природный газ.
Устанавливаются только в отдельном помещении, достаточно дорогие в обслуживании и создают высокий уровень шума во время работы.
Организация системы отопления
Система отопления состоит из отопительного прибора – котла и элементов теплоснабжения, по которым поступает теплоноситель, обычно, это вода, иногда используют антифриз. Важно чтобы она была хорошо продумана и спроектирована в зависимости от используемого вида топлива. Системы отопления также классифицируется по нескольким важным показателям, которые не зависят от типа используемого котла.
Совет! Работы по монтажу системы отопления в спокойном режиме значительно отличаются по качеству от тех, что выполнены в спешке, перед началом холодов.
Система отопления по способу циркуляции теплоносителя бывает двух видов.
- Принудительная. Циркуляция жидкости осуществляется за счет работы насоса. Преимуществом такой системы, является ее комфортная эксплуатация и возможность
поддерживать заданную температуру в каждой точке. К минусам можно отнести только потребность насоса в электроэнергии. - Естественная. Исполняется за счет гравитационных сил подающей и обратной труб, если они достаточного диаметра. Затраты топлива при эксплуатации такой
системы существенно увеличиваются.
Виды организации системы отопления помещения
По типу отопительных приборов различают следующие системы:
- Радиаторная – проверенные временем и при грамотном исполнении достаточно надежны и эффективны.
- Плинтусная – это своего рода гибрид радиаторной системы и теплого пола. По периметру комнаты устанавливают специальное оборудование и теплоотдача уходит как в
направлении пола, так и в сторону стен.
- Теплый пол – обычно, водяной. Под напольным покрытием проводят систему труб, которая обогревается теплоносителем.
- Теплые стены по конструкции напоминают теплые полы. Могут быть встроенными в кирпичную кладку или спрятаны под гипсокартон.
- Комбинированная.
В зависимости от способа разводки труб к отопительным приборам система отопления может быть:
- Однотрубная. Все элементы теплоснабжения подключаются последовательно, и последний
радиатор цепочки будет немного холоднее, чем в первый. - Двухтрубная. Подключение подразумевает подвод прямой и обратной трубы к каждому радиатору. Таким образом, их температура является одинаковой независимо от степени
отдаленности от котла.
Стоимость отопления дома, сравнение систем отопления
Стоимость отопления дома, сравнение систем отопления
Отогрев, как жилых, так и промышленных помещений всегда играл одну из ключевых ролей при создании наиболее комфортного для человека микроклимата в холодное зимнее время года. Отопительная система – неотъемлемая часть любого здания, в котором постоянно пребывают люди, потому грамотный подбор ее элементов особо важен. Составляющие системы отоплениям должны быть не только надежными настолько, чтобы гарантировать постоянное поддержание нужной температуры в помещении, но и максимально экономичными при учете постоянного роста цен на различные виды топлива. Для того, чтобы правильно организовать отопление частного дома (Киев и вся Украина), нужно, прежде всего, проанализировать стоимость обогрева с использованием самых распространенных и доступных источников тепловой энергии – природного газа, электричества, дров, угля и специальных пеллет.
Рассчитываем затраты на отопление частного дома
В качестве примера проведем расчет затрат на отопление частного дома, расчетные теплопотери которого составляют 20 кВт, а площадь — 200 метров квадратных при использовании разных энергоносителей.
Теплопотери 20 кВт – расчетное значение теплопотерь домом при наружной температуре – 22 градуса Цельсия. В остальное время (примерно 90% отопительного сезона) теплопотери значительно ниже, потому обогревательные котлы отопления для дома функционируют не на полую мощность. Для точности расчетов общего потребления энергоносителей за год оперируем условной цифрой 2 100 часов (при продолжительности отопительного сезона в шесть месяцев, работа отопительного котла с частичной нагрузкой эквивалентна 2 100 часам непрерывной работы устройства на максимальной мощности).
Конечно, все расчеты приблизительны, так как включают в себя некоторые упрощения и предположения. Расход энергии на устройство горячего водоснабжения при этом не учитываются. Для домов семейного типа – 150-200 метров квадратных, от 3 до 5 жителей – он, ориентировочно, составляет 15-20 процентов от общих расходов на отопление частного дома (Киев и другие города). Для различных спорткомплексов и сооружений гостиничного типа доля потребляемой энергии на устройство горячего водоснабжения значительно больше.
Традиционный вид отопления – отопление газом
Тариф на газ для населения в феврале 2012-го года составил:
— До 2 500 м3/час — 0,7254 гривны за кубический метр;
— До 6 000 м3/час — 1,0980 гривны за кубический метр;
— До 12 000 м3/час — 2,24824 гривны за кубический метр;
— Более 12 000 м3/час — 2,6856 гривны за кубический метр.
При расчетных теплопотерях 20 кВт газовые котлы отопления для дома (в течение отопительного сезона при коэффициенте полезного действия 93%) расходуют на отопление частного дома (Киев и другие города Украины):
/ 0,93 = 4 516 метров кубических;
финансовые расходы при этом составят:
4 516 м3 * 1,098 грн./м3 = 4 959 гривен.
Конденсационный котел, среднегодовой коэффициент полезного действия которого составляет 107% (точнее – коэффициент использования энергии) расходует:
4 200 метров кубических / 1,07 = 3 925 метров кубических;
финансовые расходы составят:
3 925 м* 1,098 гривен/метр кубический = 4 310 гривен.
Следует также отметить, что в скором времени (в течении года) правительством прогнозируется значительное повышение тарифов на газ для населения. Если предположить, что цены на газ повысятся на 30%, денежный расход на обогрев помещения при теплопотерях 20 кВт значительно возрастет.
- Неконденсационные котлы отопления для дома израсходуют 6 445 гривен/год;
- Конденсационные котлы отопления для дома израсходуют 6 026 гривен/год.
Кроме того, в последнее время качество предоставляемого газа оставляет желать лучшего, заметно снижаясь с началом сезона отопления.
Отопление частного дома электричеством
Используя для обогрева электрический ТЭНовый котел, будьте готовы к тому, что его общее энергопотребление на отопление жилища (за отопительный сезон) составит 42 000 кВт х ч / год.
Напомним, что тариф на электричество для населения в городах составляет 95,76 коп. / КВт х ч (потребление свыше 800 кВт * ч / месяц, дом в городе, без наличия электрической плиты).
Для негазифицированных зданий, которые в установленном порядке оборудованы специальным отопительным оборудованием и кухонными электрическими плитами, потребление до 3 600 кВт/час электроэнергии в месяц (в том числе и в сельской местности) тариф на электроэнергию составляет 21,54 коп. / кВт.х ч.
Общие финансовые затраты на отопление электрическим ТЭНовым котлом составят:
42 000 кВт х ч / год * 95,76 коп. / КВт х ч = 40 219 гривен / год
42 000 кВт х ч / год * 21,54 коп. / КВт х ч = 9 046 гривен / год.
Собираясь купить электрокотел электродный, нужно учесть, что общее энергопотребление на обогрев ним частного дома составит 25 200 кВт х ч / год за один отопительный сезон. С учетом представленных выше тарифов на электроэнергию для населения (95,76 коп. / КВт х ч при потреблении свыше 800 кВт * ч / месяц, дом в городе, без наличия электрической плиты. Для негазифицированных зданий, которые в установленном порядке оборудованы специальным отопительным оборудованием и кухонными электрическими плитами, потребление до 3 600 кВт/час электроэнергии в месяц тариф на электроэнергию составляет 21,54 коп. / кВт.х ч.) общие финансовые затраты на отопление частного дома (Киев и другие города) составят:
25 200 кВт х ч / год * 95,76 коп. / КВт х ч = 24 131,52 грн. / год
25 200 кВт х ч / год * 21,54 коп. / КВт х ч = 5 428 грн. / год.
При применении теплового насоса, общее потребление энергии системой отопления составит 42 000 кВт х ч / год за отопительный сезон. Расход электрической энергии для генерации необходимого количества тепла при коэффициенте преобразования энергии COP = 4,0 (для теплового насоса с Scroll-компрессором, работающего на низкотемпературную систему отопления) составит:
42 000 кВт х ч / год / 4,0 = 10 500 кВт · ч / год.
А финансовые затраты на покупку необходимого электричества будут равны:
10 500 кВт х ч / год * 95,76 гривен / КВт х ч = 10 055 гривен / год.
Напоминаем, что расходы на оплату электричества можно существенно снизить, установив специальный многотарифный электросчетчик.
Отопительные системы на жидком топливе (печное или дизельное топливо)
Для производства 20 кВт тепла при сжигании жидкого топлива, его затраты составляют 1,7 кг / ч. С учетом коэффициента полезного действия 93% жидкотопливного агрегата мощностью 20 кВт, получаем расход топлива оборудованием ,8 кг / ч. Напоминаем, что плотность жидкого топлива составляет 840-860 кг/метр кубический, или, в среднем — 0,85 кг / л. То есть, при мощности 20 кВт жидкотопливный котел расходует на отопление частного дома (при работе на максимальной мощности) 2,2 л / ч.
Общий расход устройством за сезон отопления составляет:
2 л / ч * 2 100 ч = 4 516 л.
А общие финансовые расходы на обогрев составят:
4 516 л * 10,80 грн. / Л = 48 774 грн. / год
Логистические расходы на доставку и хранение жидкого топлива в этом расходе не учтены.
Использование в качестве топлива сжиженного газа (пропан-бутана)
Расход топливного ресурса работающим на сжиженном газе котлом мощностью 20 кВт составляет, примерно, 1,6 кг / ч (с учетом коэффициента полезного действия). Стоимость сжиженного газа – 6 гривен / литр при плотности 0,55 кг / литр (соотношение пропан / бутан примерно 50/50) 10,91 гривен / килограмм.
При работе на сжиженном газе котел мощностью 20 кВт в течении отопительного сезона использует 1,6 кг / ч * 2 100 ч = 3 360 килограмм (при работе на максимальной мощности).
Общие финансовые затраты на отопление частного дома (Киев и другие города) таким котлом составят:
3 360 л * 10,91 гривен / литр = 36 657 гривен / год.
Твердотопливные котлы отопления для дома (на древесных пеллетах)
Как известно, один литр жидкого топлива эквивалентен по калорийности 2-м килограммам древесных пеллет. На практике калорийность пеллет несколько ниже, потому, согласно установленным европейским нормам, их влажность не должна превышать 12%, что не всегда соблюдается в наших климатических условиях. Пеллеты также могут содержать в своем составе различные примеси низкокалорийных древесных фракций (ветки, кору и т.п.), добавки соломы, шелуху семечек.
Примерный расход пеллет на обогрев здания за отопительный сезон (с учетом коэффициента полезного действия котла 90-95% и характерной для нашего региона повышенной влажности) составляет 9 038 килограмм (расход увеличен минимум на 10% из-за повышенной влажности). При стоимости топливного материала 1 200 гривен / тонну, общие финансовые затраты составят:
9,038 т * 1200 гривен / тону = 10 845 гривен.
Логистические денежные расходы на доставку и хранение пеллет в расчетах не учтены.
Отопление частного дома твердым топливом (дровами)
Сухие дрова обладают калорийностью 10 МДж / килограмм, цена топлива при этом — 250 гривен / т.
При коэффициенте полезного действия современного котла на твердом топливе (дровах) в 80%, получаем расход топливного ресурса отопительным агрегатом с полезной мощностью 20 кВт примерно 9 килограмм / час. Приблизительный расход дров таким котлом на отопление частного дома (Киев) за отопительный сезон составит 18 900 килограмм. При стоимости древесного топлива 500 гривен /т общие финансовые расходы составят:
18,900 т * 250 гривен / т = 4 725 гривен.
Отопление твердым топливом (углем)
Качественный уголь (не антрацит) обладает калорийностью 20 МДж / килограмм. Его примерная стоимость — 1000 гривен / т (орешек).
С учетом коэффициента полезного действия современного котла, работающего на угле (85%), агрегат полезной мощностью 20 кВт расходует до 4 килограмм топливного ресурса в час (при работе на максимальной мощности). Примерный расход угля за весь отопительный сезон составит 8 900 килограмм. С учетом стоимости угля 1 000 гривен / т, общие финансовые затраты составят:
8,900 т * 1000 гривен / т = 8 900 гривен.
Логистические расходы на доставку и хранение топлива в расчетах не учтены.
Коэффициент отопительных приборов различного типа (ориентировочно):
- газовый котел напольный — от 91% до 95%;
- жидкотопливный котел напольный — от 91% до 95%;
- газовый котел настенный – от 90% до 94%;
- газовый котел конденсационный – от 107% до 110%;
- электрический котел — 99,5%;
- котел на твердом топливе (пеллетный) – от 82% до 96%;
- котел на твердом топливе (на дровах) — от 72% до 85%;
- котел на твердом топливе (на угле) — от 74% до 85%;
- тепловые насосы «рассол-вода» имеют коэффициент преобразования энергии 2,7-4,6 (в зависимости от выбранной модели устройства, температурного графика отопительной системы и температуры во внешнем контуре теплообмена);
- тепловые насосы «вода-вода» имеют коэффициент преобразования энергии 5,0 и более (в зависимости от выбранной модели, температурного графика отопительной системы и температуры во внешнем контуре теплообмена). При использовании внешнего промежуточного теплообменника коэффициент преобразования может уменьшаться, оставаясь при этом выше, чем в тепловом насосе «рассол-вода».
Что выгоднее купить – электрокотел, пеллетный, или газовый?
После проведения всех расчетов, можно, наконец, подвести итог. Частный дом площадью более 400 метров квадратных выгоднее обогревать пеллетным котлом (в сравнении с отоплением неконденсационным газовым котлом). Однако, конденсационный газовый котел является более экономичным вариантом, если Вы обустраиваете отопление частного дома (Киев), нежели котел на пеллетах (пеллетный агрегат, коэффициент полезного действия которого составляет 95-96%, имеет такие же эксплуатационные расходы, что и конденсационный газовый котел).
Если Вы выбираете наиболее экономичное отопление частного дома (Киев), самым выгодным вариантом станет установка небольшого пеллетного котла в качестве дополнительного источника тепла. Это позволит значительно уменьшить годовое потребление дорогостоящего газа и перейти на более низкий газовый тариф.
Как видим, самым дорогим в эксплуатации оказался жидкотопливный котел, самым простым и дешевым – тепловой насос.
Стоит отметить, что при подорожании газа больше чем на 20% от нынешней стоимости, отопление пеллетами будет намного дешевле для дома, теплопотери которого составляют более 40 кВт. Для помещений же с небольшой площадью и теплопотерями до 12 кВт более предпочтительным будет отопление газом – дешево, удобно и комфортно.
Комбинированный вариант отопления (газовый котел днем + электродный котел в темное время суток по ночному тарифу на электричество) максимально эффективен для обогрева домов, площадью от 200 метров квадратных.
Отопление частного дома (Киев и другие города Украины) пеллетами и электроэнергией по специальному ночному тарифу более выгодно при любой мощности устройства. Купить электрокотел в этом случае – идеальное решение проблемы.
Котлы, работающие на твердом топливе – более дешевый вариант, нежели газовое отопление частного дома (Киев) и тепловые насосы, однако, они нуждаются в постоянном обслуживании, что, само по себе, не очень комфортно.
Согласно расчетам и прогнозам относительно роста цен на традиционные энергоносители, можно с уверенностью сказать — электрические котлы отопления для дома занимают лидирующие позиции на современном отопительном рынке, как по стоимости оборудования, так и с точки зрения эксплуатационных особенностей.
Все, приведенные выше расчеты актуальны для отопления частного дома и не подходят для промышленных потребителей, так как для последних государством установлены совершенно иные тарифы.
Купить электрокотел в интернет-магазине Энергосбережение
Купить электрокотел для отопления дома и дачи, сравнить цены и характеристики в интернет-магазине Энергосбережение.