Жидкостные и газовые котлы

С учетом теплотворной способности топлива (Hu), годовой коэффициент использования современных тепловых генераторов, в особенности низкотемпературных, достигает 91-93% при достаточно низких уровнях производительности. У тепловых генераторов с более высокой производительностью такой коэффициент составляет 94-95% при использовании двухступенчатых или регулируемых горелок. Это означает, что эффективность использования энергии в стандартных тепловых генераторах вряд ли может быть улучшена, особенно в связи с тем, что температура топочных газов не должна падать ниже минимальных значений, указанных в стандарте, например, DIN 4702.

Рисунок 21 Нефтяная горелка Виесманн Витофлейм Принципы сжигания Duozon являются инновационными. При сжигании смеси топлива и воздуха в обедненном кислородом в высокотемпературной зоне пламени образуется лишь небольшое количество NOх вблизи пылезащитного экрана. Диапазон выходной мощности 18-27 кВт. (На изображении: Viessmann)

Рисунок 21 Беспламенная горелка MatriX Разработкой беспламенной горелки MatriX компания Viessmann сделала шаг к решению задачи "горение без выделения загрязняющих газообразных отходов". Подобное изобретение является важной вехой в развитии технологии газового отопления. Оно дает возможность уничтожать загрязняющие гозообразные отходы непосредственно в месте их образования, то есть в месте сжигания топлива. (На изображении: Viessmann)

В последние годы были разработаны специализированные горелки для жидкого топлива и газа с низким уровнем выброса газообразных отходов горения. Прмеры таких горелок показаны на рисунках 21 и 22.

Топливная горелка Bluetwin (рис. 21) объединяет достоинства опробованных и проверенных компонентов с техническими нововведениями. Горелка Bluetwin позволяет снизить уровень NO_х - за счет нового метода управления теплопроводностью воздуха. Благодаря снижению содержания кислорода в высокотемпературном факеле вместе с рециркуляцией газообразных отходов в горелке Bluetwin смесь нефти и воздуха горит голубым пламенем.

Беспламенная (излучающая) газовая горелка MartiX, показанная на рис. 22, - газовый котел - уменьшает количество оксидов азота за счет относительного снижения температуры горения. Однородная газо-воздушная смесь образуется в двух полусферах из проволочной сетки и равномерно подается на мелкую сетку из нержавеющей стали (полусферу), на которой газо- воздушная смесь начинает гореть. Газ поступает постепенно и горит без пламени. Раскаленная полусфера из проволочной сетки отдает большую часть тепловой энергии в виде излучения, охлаждая пламя таким образом, что его температура не превышает 1,300 ^oС.

Исключительным способом значительно улучшить коэффициент использования теплового генератора, не считая улучшения показателей газообразного топлива, является использование теплоты, затрачиваемой на нагревание водяного пара, содержащегося в топочном/ дымовом газе, что обеспечивает еще более значительное снижение температуры дымового газа, а это, в свою очередь, уменьшает потери тепла через газообразные отходы. В обычно используемых тепловых генераторах эта часть тепловой энергии, выводится просто через вытяжную трубу без всякой пользы. Эта задача решается путем использования котлов, в которых возможна конденсация пара, также как и котлов с обычной топкой и теплообменниками, переоборудованными для конденсации пара в топочных газах.

На сегодняшний день котлы/топки различаются обычно по
следующим параметрам:
- уровень мощности
- котлы малой мощности - до 50 кВт;
- котлы средней мощности - до 350 кВт;
- котлы высокой мощности -от 350 кВт и выше.
- конструкция системы;
- вид топлива;
- материал.
По конструктивным решениям принято следующее деление:
- котлы специального назначения на газообразном и жидком топливе;
- перенастраивающиеся котлы;
- двухкомпонентные котлы;
- конденсационные котлы.

В котлах специального назначения может использоваться либо газообразное, либо жидкое топливо. В перенастраивающихся котлах можно применять жидкоге, газообразное и твердое топливо. Перенастройка котла осуществляется вручную путем переключения на соответствующую топливную камеру. Двухкомпонентные котлы используются для сжигания жидкого или газообразного топлива и могут переключаться на сжигание твердого топлива без замены узлов.

Процессы сжигания различаются следующим образом:
- сжигание газа в горелке с принудительной подачей воздуха;
- сжигание газа в горелке с естественной подачей воздуха (горелка
низкого давления);
- сжигание жидкого топлива в горелке с принудительной подачей
воздуха;
- сжигание жидкого топлива в горелке с естественной подачей
воздуха.

Если сжигание газа происходит в горелках без принудительного дутья (рис.23), (котел работает на естественной тяге), то воздух, необходимый для процесса горения, подается (включая регулировку потока воздуха) только путем конвекции. Благодаря встроенной системе регулировки потока газа тяга в зажигательном канале котла оказывает слабое или вообще не оказывает влияния на тягу в жаровой трубе. Устройство регулирования потока размыкает жесткое соединение газопровода между котлом и зажигательным каналом, предотвращая нежелательное влияние на процесс горения тяги, обратной тяги и усиленной конвекции.

При использовании горелок для жидкого или газообразного топлива (рис. 24) необходимый для горения объем воздуха подается принудительно с помощью вентилятора (или воздуходувного устройства), встроенного в горелку. При этом давление, под которым подается газ, превышает избыточное давление в камере сгорания, возникающее при горении топлива. Это позволяет осуществлять независимое управление режимом нагрева для получения оптимальных параметров горения. В данной конструкции точка нулевого давления воздуходувного устройства расположена внутри соединительного патрубка для отработанных газов, расположенного в конце котла.

Рис.23 Процесс сжигания при естественной тяге 1.Газ 2.Газовый клапан 3.Главная газовая форсунка 4.Первичный воздух 5.инжекторная труба 6.Колосниковая решетка 7.Камера сгорания 8.Вторичный воздух 9.Высота подключения 10.Дефлектор	Рис. 24 Процесс сжигания с принудительной тягой 1.Тягодутьевое устройство/ форсунка 2.Подвод газа 3.Воздух для горения 4.Камера сгорания 5.Дополнительная нагревательная камера 6.Газообразные продукты сгорания

Рис. 25 Vitodens 200, конденсационный газовый котел с регулируемой беспламенной горелкой; диапазон мощности от 7 до 66 кВт; крепится на стене. При подключении устройства каскадного регулирования расчетная мощность может достигать 265 кВт. (На изображении: Viessmann)	Рис. 26 Низкотемпературный котел Vitola 200 (вид в разрезе), работающий на жидком и газообразном топливе (На изображении: Viessmann).

Достоинства горелок для газообразного топлива с принудительной
подачей воздуха:
- высокая производительность;
- улучшенный перенос тепла в зоны обогрева;
- компактная конструкция котла.

Благодаря этим достоинствам котлы, оснащенные газовыми горелками с принудительной подачей воздуха, на сегодняшний день получили наиболее широкое распространение. На рис. 25 показан конденсационный котел MatriX (в разрезе), в котором используется регулируемая беспламенная горелка (выходная мощность от 7 до 66 кВт), позволяющая сжигать топливо со сверхнизким уровнем выброса газообразных отходов и обеспечивающая низкий уровень энергопотребления для системы теплоснабжения. Котел крепится к стене.

На рис. 26 показан вид низкотемпературного котла в разрезе. Бифилярная нагревательная поверхность состоит из стального цилиндра с установленными на нем чугунными деталями с радиальными ребрами. Следует отметить замечательные термодинамические свойства такой конструкции. Внутренняя чугунная рубашка, открытая для горячего газа, имеет более высокую температуру, чем стальной цилиндр, находящийся в воде. Это предотвращает образование конденсата в газообразных продуктах горения и его аккумуляцию, что, соответственно, сводит к минимуму вероятность появления повреждений, связанных с образованием коррозии.

Схема, приведенная на рис. 27, иллюстрирует распределение энергии, производимой тепловым генератором. Основная часть выработанной энергии представляет собой полезную теплоту, остальная часть энергии расходуется на нагревание газообразных отходов горения в вытяжной трубе и поверхности котла.

Рис.27 Схема распределения теплового потока генератора тепла	Рис.28 Установка центрального отопления с котлами высокой и низкой мощности, выходная мощность каждого котла - от 720 до 895 и от 105 до 130 кВт, соответственно. (Viessmann)

Типичный вариант установки центрального отопления, которая состоит из четырех мощных котлов (мощность каждого около 800 кВт) и одного менее мощного котла (мощность около 110 кВт), облегчающего условия стабильной работы установки при частичной нагрузке.

Основное направление решения проблемы уменьшения уровня выброса газообразных продуктов горения и загрязняющих веществ, образующихся в установке центрального отопления таково: котлы, в которых используется газообразное и жидкое топливо, должны быть либо конденсационного типа (котлы с внутренним обменником отработанного газа), либо должны быть оснащены модифицированными каталитическими конвертерами или узлами для рекуперации теплоты. На рис. 29 схематически показаны типичные конструкции описанных выше котлов со встроенными каталитическими конвертерами и устройством для рекуперации тепла, содержащегося в потоке отработанных газов. Конструкция каталитического конвертера детально показана в левой части рисунка.

Рис.29 Котел со встроенным каталитическим конвертером и устройством для рекуперации тепла, содержащегося в потоке отработанных газов. 1. Нейтрализация SO2 2. Каталитический элемент 3. Подача NН2 4. Устройство для поддерживания высокой температуры 5. Узлы управления и мониторинга 6. Изоляционный материал (соответствующий систем и ее расположению) 7. Вытяжная труба 8. Перепускной канал (цикл проверки) 9. Рекуператор тепла 10. Каталитический конвертер 11. Горелка, работающая на жидком или газообразном топливе 12. Котел 13. Газообразные отходы процесса горения

Рис.30 Конденсационный газовый нагреватель (крепящийся к стене), предназначенный для отопления и производства горячей воды, мощность 6.5 - 18 кВт - при использовании дляотопления, 6.5 - 22 кВт - при использовании для производства горячей воды 1.Электронное управление 2.ОТК теплой воды 3.ОТК возврата 4.ОТК подачи 5.Быстродействующий вентиляционный клапан 6.Присоединение к системе отвода отработанных газов 7.Регулируемая горелка с металлической сеткой для предварительного смешивания 8.Вентилятор с регулируемой скоростью 9.Змеевик теплообменника для отопления 10.Змеевик теплообменника для производства горячей воды 11.Кремний-алюминиевый рекуператор 12.Регулируемый газовый клапан 13.Труба для конденсата (для воды) 14.Циклический тепловой насос 15.Реле расхода горячей воды 16.Расширительный бак 17.Панель управления 18.Вентили для проведения регламентных работ

На рис. 30 - 32 показано "семейство тепловых
установок", служащих для производства горячей воды, то есть для отопления.
На рис. 30 изображены внешний вид и конструкция выходного устройства; на рис. 31 - крепящийся к стене газовый конденсационный котел, работающий по скользящей температурной шкале, но без заданной нижней границы температуры (горелка с керамической поверхностью / кремний- алюминиевый рекуператор). И завершает эту серию избражение (рис. 32) стандартного конденсационного котла, в котором в качестве топлива используется природный газ.

	Рис. 31 СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ Газовый котел Ecotherm Kompakt, использующий конденсационную технологию отопления здания с накопителем горячей воды, Мощность 3.5 - 70 кВт На изображении: Котел крепится к стене 1.Быстродействующий вентиляционный клапан 2.Датчик температуры подачи 3.Датчик температуры возврата 4.Датчик температуры теплой воды 5.Электронное управление 6.Соединительный патрубок системы отвода отработанных газов 80/125 7.Регулируемая горелка с металлической сеткой для предварительного смешивания 8.Вентилятор с переменной скоростью 9.Змеевик теплообменника для отопления 10.Змеевик теплообменника для производства горячей воды 11.Кремнийалюминиевый рекуператор 12.Регулируемый газовый клапан 13.Слив конденсата (воды) 14.Циклический тепловой насос 15.Реле расхода горячей воды 16.Расширительный бак емкостью 12 л 17.Панель управления 18.Газовые, тепловые и водяные вентили для		Рис. 32 Конденсационный газовый котел SGB 2, предназначенный для отопления здания с мощностью 16-120 кВт 1.Устройство регулировки и управления 2.Подача топлива 3.Регулируемая горелка с с принудительной тягой 4. Вентилятор для подачи воздуха для процесса горения 5.Контрольный датчик/ давление потока воздуха из вентилятора 6.Клапан, регулирующий объем газа 7.Двухопорный газовый клапан 8.Кремний-алюминиевый теплообменник 9.Обратная разводка котла 10.Устройство для сбора конденсата с соединительнм патрубком для отвода обработанного газа 11.Сифонный затвор для конденсата

Известно, что основным условием осуществления процесса горения является содержание водорода в используемом топливе. Поэтому газообразное топливо более удобно и выгодно для применения, чем жидкое топливо: из сведений о конденсации воды в природном газе следует, что увеличение энергии достигает 11%, в то время как для жидкого топлива этот показатель составляет только 6%. Тем не менее, существуют отопительные котлы, работающие на жидком топливе, которые имеют теплообменники для отработанных газов/воды, предназначенные для конденсации. Температура точки росы для отработанных газов, образующихся при горении жидкого и газообразного топлива, равна примерно 48^oС и 58^oС соответственно. Различие температур, составляющее десять градусов, делает газ более предпочтительным для данных целей топливом. Максимальное значение температуры горячей воды в системах отопления достигает 60/40 ^oС (температура прямого потока/обратного потока), оно может быть снижено до 40/30 ^oС без существенного ухудшения условий эксплуатации. Описанная технология сжигания газообразного топлива позволяет экономить 15-20% энергии по сравнению с обычными газовыми котлами и 8-15% по сравнению с низкотемпературными котлами.

Дополнительные материалы из раздела "Техническая Инфотека по строительству"
Подраздел: "4.1.2 Котлы (твердо-, жидкотопливные и на газ.топливе)"
Фирма:	Описание представленных материалов:	Просмотреть:	Скачать