Водогрейный котел: классификация, характеристики, правила выбора, достоинства

Устройство и принцип работы водогрейного котла

Бытовой водогрейный котел представляет собой устройство, предназначенное для обогрева жилых и хозяйственных помещений за счет использования тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Теплоноситель может использоваться как в замкнутом контуре, так и в проточном режиме для бытовых целей. Сфера применения устройств необычайно широка. Современные приборы отличаются компактностью, безопасностью и высокой эффективностью.

Устройство водогрейного котла
Модификации по типу топлива
Классификация по типу размещения
Технические характеристики
Правила эксплуатации
Область применения
Марки и модели водогрейного котла

Устройство водогрейного котла

Разновидности водогрейных котлов для домашнего и промышленного применения

Принципиальное устройство нагревательных приборов примерно одинаково и может различаться по таким показателям, как потребляемое топливо, мощность, размер и страна производитель.

Стандартный котел отопительный водогрейный состоит из таких деталей:

стальной корпус;
горелка;
фитиль;
входные трубы (располагаются снизу);
выходные патрубки (находятся сверху корпуса);
паровой клапан;
камера сгорания;
водяные теплообменники;
топка с дверкой;
поддувало с ручкой;
дымоход с задвижкой и защитным колпаком.

Топка твердотопливных котлов оборудуется колосниками, предназначенными для размещения горючего и отвода в зольник отработанных продуктов (шлака, пепла, золы).

Принцип работы водонагревательных котлов заключается в следующем:

загрузка топлива в топку и его поджог (подключение электрического тэна);
заполнение водой контура и теплообменника;
жидкость нагревается, под воздействием насоса или из-за перепада давления самотеком движется по трубам;
продукты сгорания выводятся по обычному или коаксиальному дымоходу;
клапан регулирует подачу воздуха, необходимого для горения топлива.

Котлы изготавливаются из прочной жароупорной стали, способной выдерживать высокие температуры.

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.

Выбор котла осуществляется на основе анализа рынка и стоимости топлива. Приоритет следует отдавать экономичным вариантам и универсальным конструкциям.

Классификация по типу размещения

Настенные водогрейные котлы имеют относительно небольшую массу в отличие от напольных моделей

Водонагревательные устройства, в зависимости от мощности и конструкции имеют различную массу и размеры. Во многом это определяет место, где их допускается устанавливать.

Напольные изделия характеризуются значительным весом и габаритами. Подвешивать их невозможно именно из-за этих факторов, так как не всякая несущая поверхность может выдержать такую нагрузку. Плюс в том, что такие приборы более надежны и функциональны.

Настенные котлы отличаются компактностью и небольшим весом. Их разработка изначально была нацелена на то, чтобы продукция могла быть установлена в тесных помещениях – кухня, санузел, подвал. Из-за ограничения по размерам такие котлы не рассчитаны на большую мощность, теснота расположения деталей затрудняет их обслуживание и снижает уровень надежности.

Технические характеристики

Теплообменник промышленного водогрейного котла

Основные технические характеристики водогрейной техники следующие:

устройство — жаротрубный, водотрубный;
рабочая температура — низкотемпературный (до + 115 ºС), высокотемпературный (+ 115-200 ºС);
теплоноситель — вода;
функциональность — одноконтурные (только отопление), двухконтурные (отопление, ГВС);
номинальное давление в системе — 0,6-0,8 МПа;
производимая мощность — 3-28 кВт;
виды топлива — дрова, брикеты, газ, дизель, отработка, мазут, электричество;
управление — ручное, автоматическое.

Выбор изделия проводится исходя из его предназначения, размеров и конфигурации объекта, в котором оно будет установлено.

Правила эксплуатации

Избежать аварии водогрейного котла можно, соблюдая технику безопасности при эксплуатации

Срок службы котла зависит от качества его изготовления, примененных в сборке решений и соблюдения норм эксплуатации. Монтаж прибора нужно производить в точном соответствии с техническим описанием изделия и чертежом.

Использование устройства предполагает соблюдение таких правил:

применять только те виды топлива, которые перечислены в инструкции к прибору;
при использовании твердотопливных приборов иметь емкости для заливки извлекаемой золы;
дверка топки должна быть постоянно закрыта;
следить за тем, чтобы в контуре поддерживалась установленная регламентом температура и давление;
помещение, где находится котел, необходимо оградить от доступа посторонних;
проверка манометров и термометров должна проводиться не реже 1 раза в 12 месяцев;
предохранительные клапаны нужно проверять и продувать перед каждым запуском котла;
обязательна регулярная прочистка дымохода, даже если печь потребляет природный газ;
услышав сигнал индикатора о неисправности системы, действовать нужно быстро, в точном соответствии с инструкцией по аварийной остановке.

Для заправки контура нужно использовать воду с установленными для изделия нормами солесодержания и щелочности, чтобы предотвратить развитие коррозии и образование налета внутри контура.

Область применения

Мощные модели устанавливаются на объектах, где нужно греть большие объемы воды

Сфера применения водогрейных котлов распространяется на все области жизнедеятельности людей. Изделия используются для отопления жилых и хозяйственных объектов, охватывая практически все направления промышленности:

При соблюдении требований безопасности нагревательная техника может быть установлена в таких местах:

квартиры, дачи, коттеджи, частные дома;
складские помещения;
сельскохозяйственные строения;
здания для содержания животных и птицы;
хранилища для овощей и зерна;
ангары и закрытые павильоны;
расположенные вне населенных пунктов прииски, буровые установки, артели и поселки;
туристические базы и дома отдыха.

При выборе котла рекомендуется обращать внимание на происхождение товара. Приоритет следует отдавать проверенным производителям с мировым именем.

Марки и модели водогрейного котла

Котел промышленный марки Протерм

Лидирующие позиции занимают такие модели газового оборудования:

Wolf GKS Eurotwin;
Buderus Logano G334WS;
Vaillant atmoCRAFT VK INT 1454/9;

Кроме этого, стоит обратить внимание на такие торговые марки:

Ballu;
Timberk;
Kovea;
Следопыт;
Siabs;
Viessmann;
Ariston;
Protherm;
Ferroli;
Immergas;
BAXI;
АТЕМ.

Модели для домашнего использования Стропува Мини

Из твердотопливных котлов, то наибольшей популярностью пользуются такие изделия:

Stropuva Mini S8;
ZOTA Тополь-22ВК;
ZOTA Тополь-16ВК;
ZOTA Тополь-32ВК;
Stropuva S30;
Stropuva S40;
ТЕПЛОВЪ Универсалъ TA-40;
SAS UWT 14;
ТРАЯН ТПГ-15.

Для тех, кто решил использовать электричество в качестве источника энергии, рекомендуется остановить свой выбор на такой продукции:

Zota;
Руснит;
Эван;
Будерус;
Протерм.

Выбор товара зависит от условий его предстоящей эксплуатации, вырабатываемой мощности, габаритов и собственных финансовых возможностей. Водогрейные устройства приобретаются на десятилетия, здесь лучше не экономить.

Что из себя представляют водогрейные котлы: общие сведения, классификация

Общие сведения о котлах

Котел – это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного или горячей воды за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива. Основными элементами котла являются топка и теплообменные поверхности.

Специальное устройство котла, в котором происходит сжигание топлива, называется топкой или топочной камерой. Некоторые типы котлов, например котлы-утилизаторы, не имеют топки. В этом случае получение пара или подогрев воды осуществляются за счет теплоты горячих газов, образующихся при каком-либо технологическом процессе. Газовый тракт котла, т.е. та часть котла, по которой движутся продукты сгорания, разделен на отдельные газоходы. Взаимное расположение газоходов, определяющее траекторию движения продуктов сгорания и расположение поверхностей нагрева, называется компоновкой. Наиболее распространенными в настоящее время являются П-образная, Т-образная и башенная компоновки. Можно выделить и конвективные газоходы, по которым движутся уже относительно холодные газы.

В котел подается вода, которая называется питательной. Питательная вода в котле нагревается, а затем превращается в насыщенный или перегретый пар требуемых параметров. Под параметрами пара подразумеваются его давление и температура. Основным потребителем водяного пара, вырабатываемого в котельных установках, являются паросиловые установки, а также он может использоваться для технологических нужд.

Преобразование питательной воды в пар происходит в поверхностях нагрева котла. К поверхностям нагрева котла относятся испарительные, пароперегревательные и экономайзерные поверхности. Испарительные поверхности нагрева обычно располагаются в топке котла или непосредственно за ней. В них вода нагревается до температуры насыщения и образуется так называемая пароводяная смесь. Пароперегреватели предназначены для получения перегретого пара.

Они располагаются за топочной камерой. Экономайзерные поверхности нагрева предназначены для предварительного подогрева питательной воды за счет теплоты уходящих из котла продуктов сгорания. Теплообменные поверхности котла конструктивно могут разделяться на отдельные секции или «пакеты».

К основным элементам котла относятся также барабаны, воздухоподогреватели, горелочные устройства, устройства для регулирования температуры перегрева пара. Барабаны котлов предназначены для отделения насыщенного пара от воды, удаления из него избыточной влаги, а также как устройство, в котором аккумулируется количество воды, необходимое для надежной работы котла. Воздухоподогреватели котла – это поверхности нагрева, в которых происходит предварительный подогрев воздуха, поступающего в топку и необходимого для сжигания топлива. Горелочные устройства – это устройства для сжигания топлива в топке котла. Горелочные устройства современных котлов в первую очередь обеспечивают наиболее эффективное сгорание топлива с точки зрения химических процессов и снижение количества вредных веществ, образующихся в процессе горения и выбрасываемых в атмосферу. К устройствам регулирования температуры перегрева пара относятся теплообменники различных типов и впрыскивающие пароохладители.

Для обеспечения работы современные котлы оснащаются в спомогательным оборудованием, к которому относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, золоулавливающее оборудование, оборудование по подготовке топлива и т.п. Совокупность котла и вспомогательного оборудования называется котельной установкой.

Одним из важных элементов котла является каркас, предназначенный для размещения и крепления всех его элементов. Он изготавливается из металлоконструкций и опирается на фундамент или элементы здания.

Для обеспечения безопасности работы персонала, а также для снижения потерь теплоты в окружающую среду на котле предусмотрена обмуровка и тепловая изоляция.

Классификация котлов

по назначению
паропроизводительности
параметрам пара
типу топочного устройства
способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды
способу организации движения рабочей среды в поверхностях нагревавиду
виду сжигаемого органического топлива.

По назначению котлы подразделяются на паровые, вырабатывающие водяной пар требуемых параметров, водогрейные, котлыутилизаторы и энерготехнологические котлы. Они предназначаются для энергетических, производственных, отопительнопроизводственных и отопительных котельных установок.
По паропроизводительности котлы подразделяются на котлы малой производительности, котлы средней производительности, энергетические котлы и котлы большой паропроизводительности энергоблоков ТЭС.
По параметрам пара паровые котлы подразделяются на котлы, работающие на низком (0,88 МПа), среднем (1,36, 2,36 и 3,9 МПа), высоком (9,8 и 13,8 МПа), критическом (16 МПа), сверхкритическом (24 МПа) давлении. Достижения современной науки и техники в области получения новых конструкционных материалов и сталей позволили создать новые типы паровых котлов, работающих на суперсверхкритическом давлении (до 30 и более МПа).
По типу топочного устройства можно выделить котлы, оснащенные слоевой топкой, камерной топкой, циклонной топкой, вихревой топкой, топкой с кипящим слоем, специальными топками для сжигания специфических видов топлива. Котлы, оснащенные вихревыми топками и топками с кипящим слоем, в последнее время имеют множество модификаций и получают все более широкое распространение. Их преимущество перед котлами с камерными топками состоит в том, что они могут сжигать твердое топливо ухудшенного качества и широкую гамму промышленных и бытовых отходов. При этом для них не требуются системы пылеприготовления. Они имеют меньшую металлоемкость и более высокие экологические показатели.
По способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды котлы подразделяются на газотрубные и водотрубные. Водотрубные котлы в свою очередь выпускаются нескольких модификаций: барабанные с естественной циркуляцией, сепарационные (безбарабанные) с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные котлы. В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды осуществляется за счет разностей ее плотности; для обеспечения принудительной циркуляции используются циркуляционные насосы, а движение среды в прямоточных котлах осуществляется за счет напора, развиваемого питательным насосом.
По типу тяги в газовоздушном тракте паровые котлы разделяются на котлы с уравновешенной тягой и наддувом. В котлах с уравновешенной тягой движение продуктов сгорания по газовоздушному тракту принудительное и осуществляется за счет совместной работы дымососа и дутьевого вентилятора. В котлах с наддувом сопротивление газового тракта в основном преодолевается работой компрессора.
По виду сжигаемого органического топлива паровые котлы разделяются на котлы, сжигающие твердое, жидкое, газообразное топливо, а также бытовые отходы, дрова, биомассу.

Обзор водогрейных котлов

Водогрейными котлами называют оборудование, предназначенное для нагрева воды под давлением, то есть без возможности кипения теплоносителя. Применяют их в системах отопления частных домов, а также на ТЭЦ и котельных, рассчитанных на значительное количество потребителей. Кроме отопления, водогрейный котел может производить еще и нагрев горячей воды для бытовых и промышленных нужд.

Технические характеристики

Все водогрейные котлы имеют свои характеристики, основными среди которых можно назвать: теплопроизводительность, температуру теплоносителя на входе в котел и на выходе из него, градиент.

Теплопроизводительность

Это величина, характеризующая количество тепла, передаваемое теплоносителю оборудованием в единицу времени. Ее обычно измеряют в кВт и иногда называют мощностью. Номинальное значение производительности указывают в паспорте котла.

Согласно одной из классификаций водогрейный котел может быть:

малой мощности (до 65 кВт). Именно такие агрегаты используются для отопления частных домов (1 кВт их теплопроизводительности хватает на обогрев 20 куб. м объема или же 8–10 кв. м площади в зависимости от высоты потолков);
средней мощности (от 70 кВт до 1,75 МВт);
большой мощности (выше 1,8 МВт).

Температура воды

Температура воды на входе в котел может быть номинальной и минимальной. Первую оборудование должно обеспечивать в нормальном режиме работы, и, как правило, ее значение находится в пределах 60–110 градусов.

Минимальную температуру, обычно равную 60 градусам, необходимо соблюдать для того, чтобы трубопроводы не подвергались низкотемпературной коррозии из-за воздействия на них конденсата.

Максимальной температурой на выходе называют такое ее значение, при котором вода не кипит. Чаще всего оно равно 110–115 градусам – именно такое оборудование можно приобрести в личное пользование.

Однако встречаются котлы с температурой до 150 градусов – обычно это высокопроизводительные агрегаты, устанавливаемые на ТЭЦ.

Градиент

Температурным градиентом называют разницу в температурах на входе в котел и на выходе в систему отопления. Он может достигать 50–55 градусов. Чугунное котельное оборудование обычно имеет меньшие градиенты по сравнению со стальным.

Типы оборудования

Кроме различной производительности, такое оборудование как водогрейный котел классифицируется еще и по виду топлива. Существуют следующие разновидности приборов:

газовые (самые распространенные в черте города);
твердотопливные, чаще всего применяемые для загородных построек;
жидкотопливные (дизельные или мазутные);
электрические.

Твердотопливные агрегаты

Основными плюсами таких приборов являются: создание полностью независимой от внешних источников снабжения отопительной системы, простота конструкции (а, следовательно, и ремонта), высокий эксплуатационный срок и доступность энергоносителя. Кроме того, некоторые модели могут работать даже в частично автоматическом режиме (например, с использованием механических приборов).

Главный недостаток использования твердотопливного котла – необходимость загрузки топлива вручную (кроме отдельных пеллетных моделей, способных загружаться автоматически благодаря специальным бункерам). А еще на обслуживание такого оборудования тратится много времени.

Газовые котлы

К плюсам газовых водогрейных котлов относят:

простоту в эксплуатации за счет высокого уровня автоматизации процесса;
сравнительно низкую стоимость отопления;
высокий уровень теплового КПД;
широкий ассортимент оборудования различной мощности.

Среди минусов таких устройств – зависимость от снабжения газом и необходимость в хорошей вентиляции в месте их установки. Кроме того, газовый водогрейный котел, начиная с определенной мощности, необходимо ставить в отдельном помещении. А перед его монтажом следует получить разрешение от соответствующей службы.

Котлы на жидком топливе

Жидкотопливные котлы также можно встретить на рынке отопительных приборов, хотя используются они нечасто. Их преимущества:

высокая мощность, начинающаяся с 10 кВт;
отсутствие необходимости получать разрешение на установку;
экономичность эксплуатации;
высокий КПД.

К их недостаткам относят сложность хранения топлива, для которых, как и для самих котлов, требуется отдельное помещение. Топка и дымоход оборудования нуждаются в постоянной очистке. А еще для стабильной работы такого устройства необходимо установить на трубопроводе дополнительный топливный насос.

Электрические устройства

Главные достоинства, которые имеет электрический водогрейный котел, заключаются в простоте использования, компактных размерах и бесшумной работе. Также стоит отметить отсутствие необходимости в установке дымохода и в отдельном помещении. И, наконец, такие котлы намного безопаснее и экологичнее в работе по сравнению с другими вариантами.

Минусами эксплуатации электрокотлов считается их сравнительно небольшая мощность и невысокое значение КПД. А еще для более или менее производительного оборудования потребуется устройство отдельной сети в 380 В.

Самым же главным недостатком, которым обладает электрический отопительный котел, является высокая стоимость его эксплуатации.

Марки и модели

На сегодняшний день на рынке отопительного оборудования можно найти продукцию десятков отечественных и импортных брендов. Она работает на различных видах энергоносителей и обладает характеристиками, позволяющими обслуживать и небольшие помещения, и целые дома.

Рассмотрим основные марки и модели водогрейных котлов, которые может приобрести российский потребитель.

Марки приборов на твердом топливе

Среди твердотопливного водогрейного оборудования одной из самых популярных марок является «Теплодар». Производитель выпускает две серии котлов: «Уют» и «Куппер». Первые менее дорогие и не отличающиеся привлекательным дизайном устройства. Вторые — функциональные и высокопроизводительные, нередко дополнительно комплектующиеся электрическими ТЭНами. Практически все модели способны работать не только на дровах и угле, но и на газе (при условии комплектации специальными горелками). А максимальная производительность такого оборудования – 30 кВт.

Также пользуются популярностью котлы марки Viadrus, имеющие мощность 12–75 кВт. Они бывают трех типов – C (работа только на угле), D (только дрова) и C/D (универсальные варианты, использующие и дрова, и уголь, и даже газ).

Модели электрокотлов

Самые выгодные по соотношению цены к качеству электрические котлы Zota представлены 4 сериями:

Econom, имеющие минимальное число опций. Мощность – до 48 кВт;
Lux, автоматизированные и удобная в эксплуатации. Диапазон мощности 3–100 кВт;
Zoom, повторяющие характеристики серии «Люкс», но имеющиея больше функций контроля;
MK, мини-котельные, рассчитанные на обогрев 60–150 кв. м и работающие при помощи удаленного доступа (в сочетании с модулем GSM).

Электрокотлы Bosch имеют мощность от 2 до 60 кВт. В комплекте с ними могут идти бойлеры объемом до 300 литров и теплообменники. Самые популярные серии бытового котельного оборудования марки – Buderus (4–60 кВт) и Tronic (4–18 кВт).

Агрегаты Protherm, кроме уже имеющегося оснащения насосом и расширительным баком, способны еще и подключаться на выбор либо к двух-, либо к трехфазной электросети. При этом любой водогрейный котел этой марки обладает максимальной степенью защиты, предохраняющей его от перепадов электроэнергии. Самая популярная серия бренда – «Скат», номинальная мощность котлов которой варьирует от 6 до 28 кВт.

Неплохо зарекомендовала себя и продукция марки «Эван», выпускающаяся в сериях Warmos и Warmos QX, отличающихся исполнением. У моделей QX лучше дизайн и функциональность, хотя линейка мощностей у них примерно одинаковая – от 5 до 60 кВт.

Бренды газовых агрегатов

Газовые котлы Vaillant могут иметь один контур (серия VU) или два (VUW). Все модели этой марки комплектуются системой электророзжига. Теплопроизводительность оборудования, используемого для отопления частных домов – до 44 кВт. Промышленные модели и котлы, предназначенные для установки на ТЭЦ, имеют мощность от 70 до 3500 кВт.

Продукция чешского бренда Dakon может иметь встроенный теплообменник для проточного горячего водоснабжения, хотя некоторые модели комплектуются бойлерами объемом до 60 л. Производительность газового оборудования этой марки может достигать 3500 кВт, хотя в быту чаще всего используются настенные модели мощностью до 32 кВт. Похожими характеристиками обладают модели марки Bosch.

Пользуется спросом среди потребителей и марка газовых котлов Ferroli, представленная такими сериями, как Domina с двумя контурами и Nouvelle Elite, укомплектованной бойлерами. Чаще всего встречающиеся настенные модели «Ферроли» обладают производительностью до 32 кВт.

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);

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;

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.

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;

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 – 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;

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/(м 2 ·с) при номинальной паропроизводительности D_н , 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.

Водогрейные котлы разных типов

Водогрейный котел служит для получения горячей воды. Оборудование ориентировано на теплоснабжение промышленных и бытовых объектов. Приборы изготавливаются из стали, чугуна, комбинированных составов, отличаются производительностью и выдерживаемым давлением.

Особенности водогрейных котлов

Версия с жидкостным контуром представляет собой модернизированную модификацию стандартной установки.

В конструкцию входят:

решетка из колосников;

рубашка охлаждения водного типа.

Одноконтурные агрегаты предназначены для отопления жилья, двухконтурные аналоги дополнительно играют роль источника горячего водоснабжения.

В котел отопительный водогрейный топливо может загружаться механическим (ручным) либо автоматическим способом. Второй вариант предполагает наличие специального резервуара, требующего заполнения примерно 1 раз в 7 дней. Подобные приспособления дороже аналогов, что отрицательно влияет на их популярность среди населения.

Версии с электрическими ТЭН отслеживают массу сырья в топке, добавляя его при необходимости. Это позволяет обеспечить непрерывное функционирование системы.

Разновидности и устройство

КВР (котлы водогрейные с ручной топкой) подразделяются по следующим показателям (в зависимости от используемого топлива):

Газовые модели считаются бюджетными и эффективными приборами с высоким КПД. Большая часть агрегатов функционирует на магистральном газе, требует оборудования помещения хорошими вытяжными системами.

Дизельные котлы по устройству схожи с указанными выше модификациями, имеют одинаковую конструкцию горелок. Основное предназначение – резервное снабжение промышленных и прочих объектов. Агрегаты отличаются мобильностью и высоким показателем производительности. Среди недостатков – токсичность продуктов сгорания, пожарная опасность.

Паровые модели на твердом горючем. Конструктивно приборы отличаются материалом, камерой, используемым топливом (пеллетами, дровами, углем). Из-за больших размеров используются на промышленных, бытовых, коммунальных объектах.

Электрические версии распространены в производственной сфере и быту. Оборудуются резервуаром, преобразовательным шкафом, насосом, парогенератором.

Чугунные секционные котлы

Рассматриваемый аппарат ГВС обладает средним параметром производительности тепла, используется преимущественно для жидкостного обогрева зданий с хладагентом температурой до 115 °C при предельном давлении 0,7 МПа. Дополнительно оборудование оснащается паровыми сборниками.

Большую часть таких котлов перестали выпускать. Конструкция прибора представляет собой несколько отдельных отсеков, соединенных посредством ниппельных вкладышей, притянутых стяжными болтами. Устройство дает возможность обслуживать площадь нагрева с заменой секций при необходимости.

Принцип работы заключается в поступлении жидкости через патрубок снизу по внутренним проходам вверх с последующим выходом через соответствующий отвод. Горючее подается через дверцу, а воздушные массы, поддерживающие процесс горения, мигрируют по воздуховоду через колосники. Отработанные газы перемещаются сначала вверх, после чего меняют траекторию на 180 °C, подаваясь по кирпичным ходам к дымоходу.

Продукты горения при перемещении охлаждаются, а теплота передается хладагенту, который нагревается до нужной температуры. Тяга корректируется при помощи шибера, агрегируемого со стальным канатом и противовесом.

Серия ТВГ

Агрегаты выпускаются с 2 параметрами тепловой производительности (до 9,4 МВт). Теплофикационный водоотрубной газовый котел (ТВГ) со сварными секциями ориентирован на работу с газом и нагретой до 150 °C жидкостью. Стандартная топочная поверхность радиационного типа с конвективным блоком. Конструкция состоит из горизонтальных и вертикальных трубок (51х2,5 мм). Рабочая часть включает в себя многосекционные экраны, некоторые из которых двойного действия.

Размещены горелки подового типа между радиационными секциями. Атмосферные массы от вентилятора поступают в специализированные гнезда. Отработанные продукты горения перемещаются вдоль труб, подаются в заднее топочное окошко, опускную секцию. При этом конвективный участок омывается поперечно.

Синхронно с этим процессом жидкость для подогрева идет в пару нижних коллекторов, по фронтальным трубкам перемещается в нижний экранный элемент. На следующем этапе вода проходит через боковой, 3 двухсветных и правый блок. КПД серии ТВГ достигает 92%.

Котлы КВР

В рассматриваемом оборудовании на угле топливо забрасывается вручную или при помощи механизированных средств. В конструкции предусмотрена загрузочная дверца, рабочий процесс происходит на слоевой поверхности. Отработанный шлак и зола доставляются в котельную секцию, откуда вручную транспортируются в золосборник.

Процесс обеспечивается за счет подачи воздушных масс вентилятором, газы удаляются через дымоход самостоятельной тягой. На модификациях с насосом эта манипуляция производится сетевым насосом подпитывающей помпы. Котлы водогрейные типа КВР изготавливаются из стальных трубок.

Горение происходит в топочной секции, где передается тепловая энергия со снижением температуры отводящих продуктов до 200 °C. Топливо используется на неподвижной топке, внешняя часть конструкции представляет собой каркас с теплоизоляцией, отделанный листовой сталью. В нижней части агрегата предусмотрены 2 зольных отсека и конвективная секция.

Котлы КВ-ТК

Котлы для отопления частного дома серии КВ-ТК на твердом топливе ориентированы на камерное сжигание с П-образной конфигурацией. Материал поставляется в 6 горелок с турбулентной конструкцией. Они размещены напротив друг друга на боковых частях топочного отсека. Система удаления шлака твердого типа.

Прочие конструкционные особенности:

топочная и поворотная камеры;

экран сзади с трубами и полосами плотности;

наклонная просадка переходной секции;

обдувочные приспособления со сжатым воздухом;

5. Классификация котлов и их основные параметры

Котлы различают по следующим признакам:

По назначению:

Промышленные – вырабатывающие пар как для паровых турбин, так и для технологических нужд предприятия.

По конструкции топочного устройства (рис. 7):

Рис. 7. Общая классификация топочных устройств

Достоинства данной схемы:

– сравнительно низкие капитальные затраты на обмуровку;

– более низкий по сравнению с котлом, работающим под

разряжением, расход электроэнергии на собственные нужды;

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);

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;

3 – дымогарные трубы;

4 – трубные доски;

5– каминная часть котла;

6 – люк каминной части;

7 – горелочное устройство

– с естественной циркуляцией – рис. 10а ;

– с многократной принудительной циркуляцией – рис. 10б ;

– прямоточные – рис. 10в.

Рис. 10. Способы циркуляции воды

, Па ,

где h – высота контура, g – ускорение свободного падения, ,– плотность воды и пароводяной смеси.

опускные трубы не должны обогреваться для сохранения на достаточно высоком уровне ;

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;

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;

Кроме того, паровые котлы классифицируются по давлению пара и по паропроизводительности.

Классификация котлов отопления

Воскресенье, 20 Август 2017

Отопление является одной из важнейших систем обеспечения жизнедеятельности человека обитающего в широтах, где минусовые температуры в зимний период являются нормой. Чтобы обеспечить тепло в собственном доме и при этом не понести больших убытков, нужно со всей ответственностью отнестись к выбору системы отопления. Самый распространённый вид обогревателей, применяемых для отопления жилых домов это — отопительные и водогрейные котлы.

Прежде чем приступить к выбору котла на сайте, следует узнать: а какие существуют котлы, как они работают и, конечно же, их плюсы и минусы.

Невзирая на сложность конструкции котлов, в основе их работы лежит принцип нагрева теплоносителя (вода или антифриз), помещенного в теплообменник (ёмкость), при помощи энергоносителя.

В этой статье мы рассмотрим общую классификацию котлов, их виды и типы.

По способу установки:

Напольные отопительные котлы

Самые массовые и популярные, ведь по мощности перекрывают очень широкий диапазон (от 4-ех до нескольких сот кВт), чем идеально подходят для отопления домов. Кроме этого работают на всех видах топлива.

Настенные отопительные котлы

Компактны, благодаря чему нашли свое применение для установки в квартирах и помещениях, в которых отсутствует много свободной площади. Главный их недостаток – ограничение по тепловой мощности (обычно не больше 35 кВт). Работают на природном газе (можно перестроить на работу на сжиженном газе) или на электричестве.

По виду энергоносителя и типу применяемого топлива:

Твердотопливные котлы

Работают на традиционных видах топлива – дрова и уголь. Их важнейшее достоинство – это возможность обеспечить полную автономность и независимость от коммуникаций (водо- или газопровод, не обязательно даже наличие электричества). Современные твердотопливные котлы длительного горения имеют КПД 85-95%.

Газовые котлы

Газовые котлы – это те, которые работают на природном газе. Являются наиболее экономичными, относятся к самыми надёжным и безопасным котлам.

Жидкотопливные или дизельные котлы

Жидкотопливные котлы по производительности очень близки к газовым. Разница только в том, что жидкотопливный работает на дизельном топливе.

Электрические котлы

Название говорит само за себя. Правда, применение таких котлов с потреблением электроэнергии свыше 6 кВт требует 3-ох фазного подключения, а свыше 10 – разрешения соответствующих органов.

Комбинированные котлы

Работают на твердом топливе, а со сменными горелками, могут работать на газе или на дизельном топливе.

По способу приготовления горячей воды:

Одноконтурный с внешним бойлером.
Двухконтурный с проточным водонагревателем.
Двухконтурный со встроенным бойлером.

По виду тяги:

Естественная
Принудительная:

– с подачей воздуха;
– без подачи воздуха.

По электрозависимости:

Электронезависимый.
Электрозависимый с самозапуском.
Электрозависимый без самозапуска.

Еще одним, очень важным параметром, который стоит учесть при выборе котла, является классификация. Этот показатель определит срок службы приобретенного котла.

По материалу основного теплообменника:

Чугун

Самый долговечный и надёжный, но очень хрупкий материал. При эксплуатации такого котла, его стоит уберечь от ударов и резких перепадов температуры (попадания холодной воды в разогретый теплообменник). Такие теплообменники могут служить более 50 лет.

Нержавеющая сталь

Не так критичны к ударам, но быстрее выходят из строя (прогорают и подвержены коррозии). Такие теплообменники могут служить от 5 до 15 лет. Правда, есть варианты подороже. Выполненные из легированной и нержавеющей стали, эти котлы по долговечности не многим уступают чугунным.