Водогрейные котлы

Применение электрических котлов в промышленности

Высокая цена на электроэнергию препятствует широкому использованию электрических котлов в быту. Несомненно, что эта цена поднята искусственно, чтобы была возможность реализовать газ. Ведь скважину, которая начала работать, непросто заглушить. Поэтому до тех пор, пока будет добываться газ нельзя надеяться на уменьшение цен на электроэнергию, пеллеты, дрова и уголь. Из-за высокой цены электроэнергии для предприятий электрические котлы отопления промышленные применяются чрезвычайно редко. Они используются в качестве резерва, чтобы обеспечить отопление в случае каких либо непредвиденных обстоятельств.

Особенности настенных агрегатов

Если для представителей предыдущей категории требуется специально оборудованная комната/пристройка, то настенные модели можно запросто установить в кухне, ванной и так далее. То, какую именно комнату использовать, зависит от конкретного источника энергии и соображений удобства. Иными словами, вы сами должны решать, где пользоваться котлом будет удобнее всего.

Приборы на газу и электричестве могут быть достаточно мощными, чтобы поддерживать в помещении требуемую температуру, а также чтобы обеспечивать дом/квартиру горячей водой. Последняя в данном случае нагревается двумя способами:

проточным;
бойлерным.

Водогрейные котлы первой категории оснащаются нагревательными элементами, контактирующими непосредственно с рабочей жидкостью. Представители же второй категории предусматривают применение накопительной емкости или бойлера, где вода, собственно, и нагревается. Емкость в таком случае наполняется по мере использования воды.

В чем отличие твердотопливных котлов

Помимо сжигания различных видов твердого топлива, теплогенераторы имеют ряд отличий от остальных источников тепла. Эти особенности нужно воспринимать как данность и всегда учитывать при обвязке твердотопливного котла с системой водяного отопления. В чем они заключаются:

Высокая инерционность. На данный момент не существует способов резко потушить разгоревшееся твердое топливо в камере сжигания.
Образование конденсата в топливнике во время прогрева. Особенность проявляется из-за поступления в котловой бак теплоносителя с низкой температурой (ниже 50 °С).

Инерционность создает опасность перегрева водяной рубашки отопителя, вследствие чего теплоноситель в ней вскипает. Образуется пар, который создает высокое давление, разрывающее корпус агрегата и часть подающего трубопровода. Как результат, в помещении топочной много воды, куча пара и непригодный к дальнейшей эксплуатации твердотопливный котел.

Подобная ситуация может возникнуть, когда обвязка теплогенератора выполнена неправильно. Ведь на самом деле нормальный режим работы дровяных котлов – максимальный, именно в это время агрегат выходит на свой паспортный КПД. Когда термостат реагирует на достижение теплоносителем температуры 85 °С и прикрывает воздушную заслонку, горение и тление в топке еще продолжается. Температура воды повышается еще на 2—4 °С, а то и больше, прежде чем ее рост остановится.

Другая неприятная особенность работы агрегата на дровах – появление конденсата на внутренних стенках топливника из-за прохождения через водяную рубашку еще не разогретого теплоносителя. Этот конденсат – вовсе не божья роса, поскольку представляет собой агрессивную жидкость, от которой быстро корродируют стальные стенки камеры сжигания. Потом смешавшись с пеплом, конденсат превращается в липкую субстанцию, отодрать ее от поверхности не так легко. Проблема решается установкой смесительного узла в схему обвязки твердотопливного котла.

Такой налет служит теплоизолятором и снижает КПД твердотопливного котла

Владельцам теплогенераторов с чугунными теплообменниками, не боящимися коррозии, рано вздыхать с облегчением. Их может ожидать другая беда – возможность разрушения чугуна от температурного шока. Представьте, что в частном доме на 20—30 минут отключили электроэнергию и циркуляционный насос, прогоняющий воду через твердотопливный котел, остановился. За это время вода в радиаторах успевает остыть, а в теплообменнике – нагреться (из-за той же инерционности).

Появляется электричество, включается насос и направляет в разогретый котел остывший теплоноситель из закрытой системы отопления. От резкого перепада температур у теплообменника случается температурный шок, чугунная секция дает трещину, на пол бежит вода. Отремонтировать весьма сложно, заменить секцию удается не всегда. Так что и при таком раскладе узел подмеса предотвратит аварию, о чем будет сказано далее.

Аварийные ситуации и их последствия описаны не с целью напугать пользователей твердотопливных котлов или побудить их к покупкам ненужных элементов схем обвязки. Описание основано на практическом опыте, который необходимо учитывать всегда. При правильном подключении теплового агрегата вероятность подобных последствий чрезвычайно низка, почти такая же, как у теплогенераторов на других видах топлива.

Основные типы водогрейных котлов

Есть немало классификаций, однако зачастую такие котлы разделяют по предназначению, типу используемого топлива и, конечно, по способу установки. Рассмотрим детальнее каждую из классификаций.

Классификация водогрейных котлов по типу используемого топлива

В этом плане приборы делятся на четыре группы, которые приведены ниже.

Модели на твердом топливе. Как можно судить из названия, используют в качестве топлива твердые энергоносители – уголь, древесину, пеллеты, отходы деревообрабатывающей промышленности и прочее. Предназначены, как правило, для использования в банях и частных домах, поскольку нуждаются в выделении достаточно большой площади под установку (в том числе места для хранения того самого твердого топлива).

Модели на жидком топливе (в качестве такового может выступать отработка, то есть отработанное машинное масло, солярка или мазут). Что же касается применения, то такие водогрейные котлы используются преимущественно для обогрева частных домов, причем по тем же причинам, что агрегаты предыдущей категории. Отличие заключается в том, что жидкое топливо, в соответствии с ГОСТом, необходимо хранить на определенном расстоянии от отопительного прибора, чтобы не возникали взрывоопасные ситуации.
Модели на газу. Они в качестве энергоносителя используют сжиженный либо природный газ. Что характерно, могут эксплуатироваться не только в загородных домах, но также в таунхаусах и городских квартирах.

Модели на электричестве. Их, как правило, устанавливают в квартирах и не очень просторных коттеджах.

Классификация по предназначению

Здесь все приборы разделены только на две категории.

Бытовые водогрейные котлы. Их мощность может быть малой или средней (что намного меньше, чем у промышленных моделей, о которых мы поговорим далее). Используются в тех бытовых помещениях, которые имеют небольшую площадь.

Промышленные водогрейные котлы. Высокомощные устройства, в роли теплоносителя в которых выступает пар. Именно поэтому их еще называют паровыми котлами. Мощность исчисляется мегаваттами и составляет в среднем от 5 до 40 мегаватт, что позволяет справляться просто с огромными объемами работы. Что характерно, за такими котлами постоянно должен следить специализированный оператор, у которого имеются режимные карты, а также подробная инструкция по самостоятельному ремонту. Помимо того, оператор должен переводить агрегат в тот или иной режим работы, проверять все элементы, проч.

Классификация по способу нагрева воды

Здесь также всего две разновидности, ознакомимся с ними.

Котлы с накопительными баками. Вода в данном случае прогревается благодаря аккумулирующим бакам, которые, в свою очередь, наполняются по мере ее (воды) использования.
Проточные модели. В них вода прогревается во время прохождения до определенной температуры от нагревательного элемента.

Классификация по способу исполнения (монтажа)

Водогрейные устройства могут устанавливать на стену или на пол.

Напольные модели. Они являются стационарными, а отличаются тем, что могут функционировать на любого вида топливе.

Настенные модели. Приборы в навесном исполнении, как можно судить из названия, вешаются на стены, а функционировать способны на газу или электрической энергии.

Рассмотрим каждый из вариантов исполнения более детально.

Работа и устройство водогрейного котла

Независимости от модели оборудования, все устройства работают одинаково: теплоноситель нагревается до необходимой температуры и передает тепло отопительной системе.

Различают следующие виды водогрейных агрегатов:

Газовые.
Жидкотопливные
Электрические
Твердотопливные.

Устройство водогрейного котла конструктивно отличается в зависимости от выбранного вида котла, и, соответственно, в зависимости от используемого топлива, применяют разные горелки. Они могут быть атмосферными встроенными атмосферными или сменными наддувными. Встроенные горелки предусматривают использование только определенного типа топлива. Более удобны сменные горелки, так как они позволяют, в случае необходимости, легко переходить с одного типа горючего на другой.

Модификации по типу топлива

Твердотопливный водогрейный котел работает на дровах, угле, пеллетах, щепе

По способу нагрева теплоносителя различают два типа котлов:

Водотрубные. В них нагрев жидкости происходит в теплообменнике под воздействием жара сгорающего топлива. Дым выводится на улицу по утепленному дымоходу.
Газотрубные. Здесь используется энергия газов, образующихся при сгорании. Они проходят по трубе, поверх которой установлена еще одна внешняя труба с жидкостью.

Приборы могут быть универсальными или работать только на одном топливе. Классификация водогрейных котлов:

Твердотопливные. Агрегаты могут заправляться углем, дровами, брикетами, пластиком и резиной. Имеют простое и надежное устройство, но сильно загрязняют окружающую среду.
Газотопливные. Являются лучшим вариантом с точки зрения экологической чистоты и экономичности. Отличаются высокой надежностью и безопасностью. Водогрейный котел газовый — это отличный выбор, если есть возможность подключиться к промышленной магистрали.
Жидкотопливные. Работают на дизельном топливе, но могут сжигать и другие жидкие углеводороды. По принципу действия схожи с газовыми аналогами, но выделяют токсичный дым.
Электрические. Являются самыми чистыми в плане экологии, так как полностью отсутствуют побочные продукты. Минус в том, что энергия дорогая и расходы на отопление могут оказаться чрезмерно высокими.

Котлы центрального отопления: особенности

Все, о чем мы говорили выше, все же в большей степени относится для обустройства автономного отопления. Котлы водогрейные центрального отопления отличаются некоторыми существенными особенностями, включая гораздо большую мощность.

Как правило, располагают такие агрегаты в одном помещении – в бойлерной или котельной, а иногда и в инженерном зале. И уже оттуда тепловая энергия при помощи централизованной системы трубопроводов распространяется по всему многоквартирному дому.

В котле тепло образуется от сжигания топлива – мазута, газа или даже дров. Причем в отношении экологии такой способ образования тепла считается одним из самых безопасных.

Система работы водогрейного котла

При выборе котла для центрального отопления следует учесть несколько важных факторов, среди которых:

вид топлива. Наиболее популярные сейчас – это газ и мазут, причем первый еще и удобнее, если дом уже подключен к газопроводу. Ведь котел не приходится самостоятельно заправлять топливом. К тому же агрегаты, работающие на мазуте или дрова, сложны в обслуживании, а значит, и более дорогие;
объем и мощность устройства – рассчитываются исходя из обогреваемой площади, с учетом каждого этажа;
тип нагревателя – конвекционный, комбинированный или системный. Конвекционный котел потребляет больше всего энергии, но с помощью него можно не только обогреть весь дом, но и обеспечить его горячим водоснабжением. А вот для комбинированного котла отдельный бак для воды и дополнительные насосы не нужны, но он может по необходимости обеспечивать жильцов горячей водой. И хотя такие котлы дешевле традиционных, им требуется больше времени для разогрева воды. Дороже всего обойдется установка системного котла, однако такое устройство дает постоянную температуру и напор воды, так как нагревательный элемент здесь находится в самом резервуаре для воды;
энергетическая эффективность.

Описание разновидностей

В зависимости от температуры отходящих газов котлы утилизаторы делятся на следующие виды: низкотемпературные (конвекционные 900 °С) и высокотемпературные (свыше 1000°С).

https://youtube.com/watch?v=DUemT5ixtWA

По принципу работы виды бывают такие: паровые (с паросборником и без) и водогрейные.

Котел-утилизатор (водогрейный и паровой) по конструкции бывает двух видов:

Без топочного отделения. В таком устройстве принцип работы основан на прямом воздействии отходящих газов на теплообменник с водой или паром и получении отопления и горячей воды.
С топочным отделением. Котел-утилизатор вторично перерабатывает отходящие газы, дожигает и получает больше энергии для нагрева теплоносителя, в этом и состоит принцип его работы. Такие модификации агрегатов обладают достаточным количеством энергии, так что в некоторых случаях их используют для генерирования электроэнергии.

Газовый водогрейный котел — общее представление

Водонагревательный газовый котел, представляет собой вид бытового котельного оборудования большой мощности, рассчитанный на одновременное решение двух задач — отопления внутренних помещений большой площади и обеспечения в нормальном объеме ГВС (горячим водоснабжением). Данный вид отопительной техники применяется в автономных системах отопления, в которых циркуляция воды осуществляется принудительно.

В процессе работы бытовой котел способен нагревать теплоноситель до температуры 95 град. по Цельсию, создавая рабочее давление в системе 0,6 МПа. Водогрейный автономный газовый котел или на твердом топливе обладает высокой мощностью, которую принято измерять в мегаваттах. Модели, представленные сегодня на рынке, имеют различную мощность. Котлы для частного дома обычно имеют мощность в диапазоне 0,4 – 1 МВт. Промышленные агрегаты способны обогревать большие площади, до 30-40 тыс. кв. м., обладая мощностью, в 1,5-4 МВт. Благодаря своей конструкции и принципу действия водонагревательные котлы имеют один из самых высоких КПД, — до 92%.

Основные преимущества водогрейных газовых агрегатов следующие:

быстрый выход на оптимальные режимы работы – 2-4 часа;
компактность;
легкость монтажа;
простота эксплуатации и обслуживания;
экологичность.

Главное преимущество котлов этого типа — низкая себестоимость тепловой энергии, на порядок ниже, чем у других отопительных приборов. Основная сфера применения -обеспечение ГВС и отопление жилых объектов, находящихся вдали от теплоцентрали. Обычно водогрейные котлы устанавливают на объектах, где монтаж автономной котельной нецелесообразен с технической стороны и экономически невыгоден.

Другими словами, водогрейные котлы представляют собой высокотехнологичные устройства, в которых посредством сжигания голубого топлива вырабатывается большой объем тепловой энергии. Полученное тепло используется для нагрева воды – теплоносителя, который циркулирует в отопительном контуре. Циркулируя в трубопроводе отопительного контура, вода нагревает радиаторы отопления, отдающие затем тепло воздуху помещения. Давление, создаваемое в системе, обеспечивает необходимое поступление теплоносителя в самые дальние участки отопительного контура и обогрев помещений до комфортной температуры.

Основной момент, на который надо обращать внимание перед установкой водогрейного котла – бесперебойная подача воды. Хорошее техническое состояние водопровода является ключевым аспектом нормальной работы газо-нагревательного оборудования

Как выбрать газовый котел для отопления частного дома 100 кв.м. Настенный или напольный газовый котел

По способу установки газовые котлы бывают двух типов:

настенные;
напольные.

Первая разновидность предусматривает крепление к стене, поэтому обладает небольшой массой – не более 80 кг. Мощность таких агрегатов может достигать 35 кВт, (более мощные встречаются редко), а вместительность встроенного бойлера не превышает 40 литров. Настенные модели – отличное решение для небольших частных домов площадью около 100 м2- 120 м2.

Хотя эти устройства обладают малой мощностью и небольшими возможностями нагрева, у них есть свои плюсы:

для настенного котла не нужно выделять специальное помещение – достаточно разместить прибор в ванной или на кухне;
большинство агрегатов настенного типа оснащается закрытой камерой сгорания, при этом дымоход можно вывести через отверстие в стене.

Напольные котлы крупнее и тяжелее: масса таких агрегатов может превышать 100 кг. Монтаж такого оборудования подразумевает создание котельной с соблюдением требований профильных СНиПов.

Правила регламентируют важные параметры оснащения помещения: высоту потолка, размеры подиума для котельного оборудования, показатели кратности воздухообмена. Камера сгорания у напольных агрегатов преимущественно открытого типа. Это означает, что для нормальной работы требуется постоянный приток воздуха. Однако напольные котлы обладают большей мощностью, по сравнению с настенными.

У настенных агрегатов есть уязвимое место – теплообменник. Эту деталь часто изготавливают из стали для снижения стоимости котла и уменьшения его массы. На стенках теплообменника образуется конденсат, имеющий кислотные свойства, что приводит к разрушению стальной детали. Стоимость замены теплообменника достигает 50% от цены самого котла. Медь более устойчива к коррозии, поэтому у теплообменников из меди продолжительный срок службы, однако и цена медных элементов выше.

При производстве напольных устройств нет необходимости уменьшать массу, поэтому теплообменники для таких агрегатов нередко изготавливают из чугуна. Основные достоинства этого материала – теплоемкость и долговечность. Срок службы чугуна достигает 50 лет. Однако у такого теплообменника имеется недостаток – хрупкость. Кроме того, резкие температурные перепады в подающих и обратных трубах негативно влияют на чугун.

При выборе между напольным и настенным газовым котлом необходимо учитывать, что настенные агрегаты часто обходятся дешевле, так как они комплектуются расширительным баком и циркуляционным насосом. Для напольного оборудования эти детали нужно приобретать отдельно, что приводит к дополнительным расходам.

Настенный газовый котел оснащенный баком и циркуляционным насосом.

В отдельных случаях отопительную систему с одноконтурным котлом заполняют не водой, а специальным антифризом. Эта жидкость не приводит к коррозии металлических деталей и позволяет увеличить срок службы котла и трубопровода. В отличие от воды, антифриз не замерзает при отрицательных температурах, поэтому в зимний период система отопления с антифризом не выходит из строя (а вода может замерзнуть и повредить трубы).

Антифриз можно применять только в напольных котлах. Он не подходит для настенных моделей, так как может привести к деформации, протечкам и экологической катастрофе локального масштаба. Этот факт необходимо учитывать при выборе газового котла для периодической эксплуатации в зимний период, например, в дачных домах.

Газовые котлы

Плюсы. По способам монтажа газовые котлы могут быть как напольными, так и настенными. Настенный газовый котёл представляет собой необычайно компактный аппарат, который можно установить практически в любом помещении. Напольные газовые котлы обладают большей мощностью. Современные котлы имеют высокий КПД (более 93 %) и снабжены системой автоматического контроля, которая обеспечивает безопасную эксплуатацию. Автоматика котла позволяет осуществлять погодозависимое регулирование, установку отопительного графика, почасовое программное отопление конкретно для каждого дня недели, что может существенно снизить потребление газа. К достоинствам газового типа котлов можно отнести его экологичность, отсутствие продуктов горения, необходимость заправки топливом один-два раза в год. Полная автономность газового оборудования подтверждается возможностью использования в системе газового бытового генератора, который обеспечит электроэнергией газовый котёл и электроприборы в доме.

Минусы. Пожалуй, самым основным минусом в установке газовых котлов являются большие первоначальные вложения на приобретение газгольдера и монтаж газопровода.

Требования к химводоподготовке паровых котлов

В паровых котлах вода непрерывно испаряется и ее потери неизбежны. Кроме того, выполняется периодическая продувка для удаления шлама. Любой паровой котел комплектуется системой постоянной подпитки, а требования к качеству теплоносителя очень высокие.

Для получения питательной воды при низкой исходной минерализации используют реагентное умягчение и деаэрацию. Если исходное содержание солей жесткости высокое, в систему водоподготовки добавляют промышленные установки обратного осмоса и/или ионный обмен. Для подпитки используют конденсат и глубоко деминерализованную воду, близкие по составу к химически чистой H2O.

Типы промышленных котлов на газу

Промышленные газовые котлы подразделяются на несколько типов.

Водогрейные

Такие котлы отличаются симметричным расположением теплообменников и работают по многоходовому принципу движения продуктов сгорания. Применяются для нагрева теплоносителя и отопления помещения. Максимальное давление воды в циркуляционном контуре — 16 бар. Мощность серийных котлов варьируется от 0,7 до 35 МВт. Этого достаточно для обогрева крупных цехов и промышленных зданий. Для ГВС к котлу подключают бойлер с подогревом от дымохода.

Фото 2. Промышленный газовый котёл водогрейного типа. Подобные устройства применяют для обогрева помещений.

Паровые

Паровой котел рассчитан на работу с высокой температурой теплоносителя. Получение пара происходит в два этапа. Первый — нагрев воды до 100 градусов и образование первичного пара, который пропускают через сепаратор для осушения. Второй этап заключается в повторном подогреве уже сухого пара до требуемой температуры. После этого пар готов к использованию.

Парогенераторы выполняют сразу две задачи: нагревают теплоноситель для отопления зданий и производят пар. Чтобы увеличить эффективность такой установки, применяют дополнительные дымообороты, которые подогревают циркулирующую в трубах воду.

Справка. Мощная котельная установка производит до 1 т сухого пара в час.

Теплогенераторы средней и большой мощности

Средняя мощность газовых котлов доходит до 2 МВт. Этого достаточно для отопления небольшого производства или поселка.

Отоплением и водоснабжением отдельных городских микрорайонов и крупных промышленных предприятий заняты водогрейные котлы большой мощности (от 2 до 30 МВт). Такие установки имеют несколько отопительных контуров и рассчитаны на максимально эффективное использование тепловой энергии, получаемой от сгорания газа.

Когенерационные

Установки данного типа способны последовательно высвобождать тепловую энергию для отопления и водоснабжения, а затем и электрическую для обеспечения производства или микрорайона электроэнергией.

Фото 3. Два когенерационных газовых котла. Оборудование применяется для отопления и горячего водоснабжения.

Преимущество когенерации (производства разной энергии из одного топлива) состоит в высоком КПД, который достигает 90%.

Для получения электроэнергии используется газовый поршневой двигатель, излишки тепла от которого применяются для подогрева теплоносителя. Основной нагрев воды происходит в водогрейных котлах. Такая технология применяется в мини-ТЭЦ для работы в удаленных районах.

Основные типы водогрейных котлов

Есть немало классификаций, однако зачастую такие котлы разделяют по предназначению, типу используемого топлива и, конечно, по способу установки. Рассмотрим детальнее каждую из классификаций.

Классификация водогрейных котлов по типу используемого топлива

В этом плане приборы делятся на четыре группы, которые приведены ниже.

Модели на твердом топливе. Как можно судить из названия, используют в качестве топлива твердые энергоносители – уголь, древесину, пеллеты, отходы деревообрабатывающей промышленности и прочее. Предназначены, как правило, для использования в банях и частных домах, поскольку нуждаются в выделении достаточно большой площади под установку (в том числе места для хранения того самого твердого топлива).

Модели на жидком топливе (в качестве такового может выступать отработка, то есть отработанное машинное масло, солярка или мазут). Что же касается применения, то такие водогрейные котлы используются преимущественно для обогрева частных домов, причем по тем же причинам, что агрегаты предыдущей категории. Отличие заключается в том, что жидкое топливо, в соответствии с ГОСТом, необходимо хранить на определенном расстоянии от отопительного прибора, чтобы не возникали взрывоопасные ситуации.
Модели на газу. Они в качестве энергоносителя используют сжиженный либо природный газ. Что характерно, могут эксплуатироваться не только в загородных домах, но также в таунхаусах и городских квартирах.

Модели на электричестве. Их, как правило, устанавливают в квартирах и не очень просторных коттеджах.