Водогрейные котлы

Конструктивные особенности, классификация по температуре и способу выполнения

Водогрейные котлы, встречающиеся сегодня на прилавках, имеют относительно одинаковое устройство. Существенные различия заключаются в конкретных изготовителях (они бывают как иностранными, так и российскими), а также в максимальной мощности оборудования.

Если же говорить конкретно о конструктивных особенностях, то с этой точки зрения котлы могут быть газотрубными (или, как их еще называют, жаротрубными) и водотрубными. Ознакомимся детальнее с каждой из категорий.

1. Жаротрубные модели. Их отличительной чертой можно считать наличие специальных трубок, посредством которых движутся нагретые продукты сжигания энергоносителя. Что касается принципа действия такого оборудования, то он основывается на применении автоматизированных горелок, оснащенных дутьевыми вентиляторами. Благодаря дымогарным трубкам вода, находящаяся снаружи них, нагревается. Стоит заметить, что в быту такие модели практически никогда не применяются.
2. Водотрубные модели. Им свойственны особые кипятильные трубки, посредством которых перемещается теплоноситель. А для нагрева этих трубок используются продукты сжигания топлива. Прогреваются котлы водотрубного типа достаточно быстро, вы с легкостью сможете регулировать их, если будут изменяться нагрузки. Помимо этого, эксплуатация данного оборудования предусматривает также возможность серьезных перегрузок. Что же касается взрывоопасности этих котлов, то она на достаточно низком уровне.

Заметим, что низкотемпературный режим функционирования предусматривает достаточно экономный расход топлива, но при этом на поверхности прибора появляется конденсат, способный отрицательно повлиять на материалы, контактирующие с продуктами сжигания энергоресурсов. По этой причине к материалам, которые используются в производстве котлов, выдвигаются крайне суровые требования.

Агрегаты, которые генерируют перегретую воду, характеризуются большим сроком службы и высокой надежностью. При работе они практически не шумят, да и выброс отходов при этом минимален. Еще эти агрегаты оборудуются удобными и простыми системами контроля. Устанавливаются быстро, в трудоемком техобслуживании не нуждаются.

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.

Особенности промышленных котлов

Данные устройства могут отапливать как жилые помещения, так и помещения промышленного назначения. Они могут нагревать воду, а также сами теплоносители. Газовые котлы обычно разделяют на промышленные и бытовые. Промышленные агрегаты предназначены для крупных производств. Они имеют большие размеры, сильные параметры мощности и чаще имеют систему открытой тяги.

Это делает необходимым обеспечение отдельных специализированных помещений для газовых котлов отопления, а также соблюдение установленных правил безопасности. Бытовые же служат для обогрева дома и нагрева воды в жилых помещениях. Их главные отличия заключаются в размерах, сложности внутреннего устройства, потреблении энергии, мощности.

Существуют также электрокотлы для дома, однако финансовые затраты на содержание данных агрегатов значительно выше затрат на газовые котлы. Поэтому они не так популярны. Использование данных устройств актуально, если подача газа в определенное место недоступна или затруднена.

Промышленный котел с нагревом воды

Преимущества, недостатки

Преимуществом использования промышленных газовых котлов в таких областях, как сельское хозяйство, производства, административные или жилые здания, является легкий монтаж и долгосрочная эксплуатация без капитального ремонта. Но есть и другие плюсы, которые заключаются в следующем:

1. Коэффициент теплоотдачи высок, боле коэффициента потребления.
2. Теплоноситель в таких котлах не требуется доводить до кипения, что исключает возникновение рисков нарушения целостности самой отопительной системы.
3. Работа на разных видах жидкого энергоносителя без существенных потерь.
4. Движение жидкости прямоточно.
5. Регуляторы климатических изменений контролируют работу системы.
6. Контрольно-измерительный комплект приборов входят в комплектацию котла.
7. Отлично монтируются в блочно-модульную систему котельных.
8. Есть защита от накипи.
9. Компактные габариты.
10. Наличие на рынке.
11. Не требуется подключать к электропитанию, что уже значительно удешевляет использование оборудования.

Недостатками газовых промышленных установок являются следующие показатели:

1. Быстро и интенсивно потребляют топливо.
2. Стоимость бывает на рынке завышена. Приходится искать варианты дешевле у прямого поставщика.
3. Случайное затухание горелки может привести к несчастным случаям, взрывам газа. Нужно выбирать модель с встроенной системой самодиагностики и безопасности – например, термостаты, регулирующие интенсивность горения пламени.

Обзор некоторых популярных моделей

Для наглядности рассмотрим ключевые характеристики и примерные цены некоторых популярных моделей водогрейных котлов. Сразу оговоримся, что производителей, а уж тем более самих моделей – достаточно много, поэтому ниже описаны лишь некоторые. Для удобства посетителей сайта информация приведена в виде небольшой таблицы.

Таблица. Сравнительная характеристика некоторых водогрейных котельных аппаратов.

Наименование, фото	Краткое описание	Среднерыночная стоимость, в рублях
FORTE BT-S 12 kWt	Твердотопливный энергонезависимый прибор весом 115 килограммов и мощностью 12 киловатт. КПД составляет 78 процентов, габариты – 89,5х47х68 сантиметров (ВхШхГ), площадь обогрева – от 60 до 110 метров квадратных.	Около 27000
Tehni-x ЭВН 50 VR	Электрический водонагреватель, который отличается наличием «мокрого» ТЭНа и объемом в 50 литров. Вес изделия составляет 15 килограммов. Бак стальной, с полиуретановой изоляцией.	Около 5 500 – 6000

Kospel ekco L1z 21

Электрический котел, предназначающийся для использования в отопительных системах в тандеме с водонагревателем косвенного нагрева. Весят такие водогрейные котлы 16 килограммов, габариты составляют 66х38х17,5 сантиметра (ВхШхГ). Температура воды на выходе находится в пределах от 40 до 85 градусов, что же касается напряжения, то оно должно составлять 380В.
16000

КВр-0.35 ДВО

Твердотопливный котел, оборудованный ручной топкой. Показатель мощности (в данном случае – тепловой) составляет 350 киловатт, модель способна эффективно обогревать помещения площадью до 9,45 кубического метра. Работает не угле и древесных отходах.
210000

Особенности водогрейных котлов

Версия с жидкостным контуром представляет собой модернизированную модификацию стандартной установки.

В конструкцию входят:

• камера сгорания;
• решетка из колосников;
• зольник;
• 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.

Преимущества использования водогрейных котлов

• Высокий КПД при минимально возможном расходе топлива.
• Компактность аппарата, что позволяет сэкономить на строительстве котельной. Нередко котел водогрейный устанавливается даже не в отдельно стоящем строении, а в подвале дома, который он и снабжает. Правилами СНИП в некоторых случаях это вполне разрешено.
• Конструкция водогрейного котла отличается простотой, обслуживание и ремонт аппарата не представляет особой сложности.
• При точном программировании температурных режимов и правильной пусконаладке водогрейный котел стабильно поддерживает требуемую температуру для оптимального отопления строения. При этом участие человека не требуется.

Устройство, принцип работы водогрейных котлов

Общее устройство:

1. Трубы внизу (3 шт.) – для входа воды, в том числе и для остужения, чтобы котел не перегревался, для наполнения и слива.
2. Воздушный клапан – располагается у самого днища в конструкции.
3. Нижняя заслонка – дверца, прикрываются топку.
4. Отсек для очистки от продуктов горения.
5. Крышка возле дымохода, чтобы удобнее было очищать.
6. Дымоход.
7. Верхняя заслонка.
8. Трубу вверху (2 шт.) – для выхода воды, в том числе и для той, что защищает от перегрева.

Принцип работы:

1. Топливо закладывается в топку.
2. Вода поступает по принимающей трубе.
3. Под влиянием высоких температур в результате горения вода в приемнике нагревается и поднимается далее по трубной «артерии» с подачей в отопительную систему.
4. Дымоход выполняет конвекторную функцию – вытягивает газ и дым от сгорания энергоносителя.
5. Воздухообменный клапан подает или блокирует подачу кислорода для горения.

Обычно такие котлы изготавливаются из прочной, но гибкой стали, способной выдерживать очень высокие температуры и давление.

Теплоноситель: вода

В таких установках используется самое дешевое теплоносительное природное вещество – вода. Они вполне годны для того, чтобы обогреть ангар, склад или иное внутренне помещение масштабного уровня. Но вода может создавать внутри системы накипь, которую усовершенствованные модели котлов могут уменьшить, либо очистить.

Такие котлы обычно призваны отапливать:

• склад;
• жилые дома (коммунальными службами);
• производственные помещения (цех, крытые платформы);
• помещения сельскохозяйственного значения;
• овощехранилища или зернохранилища;
• учреждения и административные здания;
• другие крупные объекты и сооружения.

Виды: жаротрубный, водотрубный

Особые конструктивные преимущества водогрейных котлов заключаются в том, что можно выбрать любой из двух вариантов: жаротрубный (или – газотрубный) либо водотрубный.

Характеристики:

1. Жаротрубная модель – специальная система трубок, подающих нагретый энергоноситель, автоматические горелки с дутьевыми вентиляторными приспособлениями. В бытовых условиях эти варианты не используют.
2. Водотрубная модель – специальные кипятильные трубки перемещают теплоноситель. Быстрый прогрев, случаются перегрузки, но взрывы практически исключены.

Виды: низкотемпературный, высокотемпературный

Существует также котлы различного уровня горения и теплоотдачи. Например, есть варианты длительного, а есть краткосрочного горения, также есть иные виды.

Характеристики:

1. Низкотемпературная модель – до 115 градусов. Большая экономия расхода топлива, но есть и скопление конденсата, поэтому требуется аккуратная эксплуатация.
2. Высокотемпературная модель – до 150 градусов и выше. Надёжность стабильная, уровень эксплуатации высок. Бесшумная работа, выбросы отходов минимальны, имеется системы контроля над безопасностью.

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.

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.

Принцип работы промышленных газовых котлов

Газовые промышленные котлы работают на природном газе, так как он считается одним из самых дешевых видов топлива. Промышленные котлы, аккумулируя большой объем теплоэнегрии, нагревают до заданной температуры большой объем теплоносителя, который необходим для отопления производственных и общественных объектов.

Принцип работы и устройство промышленных котлов практически не отличается от работы и устройства бытовых. В обоих котлах имеется газовая горелка и медные теплообменники. Газ поступает в горелку, и сгорая, нагревает воду в теплообменнике, по которым она транспортируется в систему отопления.

Основные термины и определения

В
котельной технике применяют следующие
термины и определения:

Котел– устройство,
в котором для получения пара или нагрева
воды с давлением выше атмосферного,
потребляемых вне этого устройства,
используется теплота, выделяющаяся при
сгорании органического топлива, а также
теплота отходящих газов. Котел состоит
из топки, поверхностей нагрева, каркаса,
обмуровки. В котел могут также входить:
пароперегреватель, поверхностный
экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная
установка
– совокупность котла и вспомогательного
оборудования, включающего: тягодутьевые
машины, сборные газоходы, дымовую трубу,
воздухопроводы, насосы, теплообменные
аппараты, автоматику, водоподготовительное
оборудование.

Топка(топочная
камера)
– устройство, предназначенное для
преобразования химической энергии
топлива в физическую теплоту
высокотемпературных газов с последующей
передачей теплоты этих газов поверхностям
нагрева (рабочему телу).

Поверхность
нагрева– элемент
котла для передачи теплоты от факела и
продуктов сгорания теплоносителю (вода,
пар, воздух).

Радиационная
поверхность
– поверхность нагрева котла, получающая
теплоту в основном излучением.

Конвективная
поверхность
– поверхность нагрева котла, получающая
теплоту в основном конвекцией.

Экраны
– поверхности нагрева котла, расположенные
на стенках топки и газоходов и ограждающие
эти стенки от воздействия высоких
температур.

Фестон
– испарительная поверхность нагрева,
располагаемая в выходном окне топки и
образованная, как правило, трубами
заднего экрана, разведенными на
значительные расстояния путем образования
многорядных пучков. Назначение фестона
заключается в организации свободного
выхода из топки топочных газов в
поворотный горизонтальный газоход.

Барабан
– устройство, в котором осуществляется
сбор и раздача рабочей среды, обеспечение
запаса воды в котле, разделение пароводяной
смеси на пар и воду. Для этой цели
используются размещенные в нем
паросепарационные устройства.

Котельный
пучок –
конвективная поверхность нагрева котла,
представляющая собой группу труб,
соединенных общими коллекторами или
барабанами.

Пароперегреватель
– устройство для повышения температуры
пара выше температуры насыщения,
соответствующей давлению в котле.

Экономайзер
– устройство для предварительного
нагрева воды продуктами сгорания до
подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогреватель
– устройство для подогрева воздуха
продуктами сгорания до подачи его в
горелки.

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

Мощность газового котельного оборудования

Данная характеристика является наиболее значимой, чтобы обеспечить нужды помещения, в котором его собираются использовать. Расчет мощности должен проводиться специалистом, так как необходимо учитывать различные факторы, в том числе конструктивные особенности зданий, их площади, материал исполнения и температурную разницу между наружной и внутренней температурой. Но также можно приблизительно рассчитать данный показатель и самостоятельно по формуле:

где Q – мощность, k – коэффициент теплопередачи для здания, V- суммарный внутренний объем помещения.

При этом рекомендуется выбирать котел с мощность в 1,5 раза больше, чем полученный результат. Если же газовый котел двухконтурный, т.е. используется также для горячего водоснабжения, то мощность необходимо еще дополнительно увеличить на 10-40 % исходя из планируемого расхода горячей воды. (См. также: Как почистить газовый котел )

На мощность оборудования в процессе эксплуатации оказывают влияние:

— сезонные нагрузки на магистраль, из-за которых снижается в сети рабочее давление газа;

— длительное отсутствие профилактических чисток оборудования;

— засоленность воды в отопительном контуре, что приводит к образованию накипи внутри теплообменника;

— частое использование горячей воды.

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.

Различия и виды парового оборудования

Агрегаты, предназначенные для генерирования пара, представлены следующими основными разновидностями:

• паровое котловое оборудование для энергетического использования в условиях электрических станций и турбин;
• промышленное котловое оборудование, предназначенное для производственной выработки пара;
• паровые котлы, используемые для отопления, работы прачечных, а также применяемые в эксплуатации установок для дезинфекции;
• утилизационное котловое оборудование, производящее пар посредством теплового отбора от дымовых газов, которые образуются в металлургической и химической промышленности.

Паровой котел промышленного типа

Котловые агрегаты парового типа значительно отличаются от водогрейного оборудования, что обусловлено нагревом воды с доведением её до парообразного состояния.

Предпочтение следует отдавать безопасному в эксплуатации современному оборудованию, конструкция которых характеризуется максимально быстрым парообразованием в малых объемах, без аккумуляции пара — внутри системы.

Барабанная схема

Барабанный котел характеризуется перемещением воды посредством экономайзера, с последующей подачей жидкости в барабанное устройство, расположенное в верхней части агрегата. Сила тяжести в устройствах с естественной циркуляцией позволяет воде попадать в не обогретую трубную систему, после чего жидкость перемещается внутрь обогреваемых труб, где образуется пар. Низкая плотность пароводяной смеси способствует её забросу через экранные трубы в барабанное устройство, где происходит разделение на воду и пар.

Схема барабанного котла

Жидкость естественным образом поступает в опускной трубопровод, а насыщенный пар переходит в паровой перегреватель. Котлы, имеющие естественную циркуляцию, отличаются кратностью водяной циркуляции в пределах 5-30 раз. Котловое оборудование с циркуляцией принудительного типа оснащается насосным устройством, создающим напор. Показатели кратности такого циркуляционного контура составляет 3-10 раз.

Котел барабанного типа функционирует при давлении, показатели которого ниже критического уровня, поэтому такое оборудование относится к категории агрегатов, обладающие высоким коэффициентом полезного действия.

Прямоточная схема

В таком типе оборудования присутствует принудительное и однократное движение по замкнутому контуру, в процессе чего, вода становится перегретой паром.

Процесс парового образования останавливается в зоне перехода.

Пароводяная смесь, находящаяся внутри испарительного трубопровода, доставляется в паровой перегреватель.

Прямоточные котлы оснащаются паровым прогревателем промежуточного типа, нужным для вторичного нагревания пара, который поступает из турбины и туда же возвращается. Также особенностью любой разомкнутой гидросистемы, является сохранение работоспособности на докритическом давлении и сверхкритических показателях.

Преимущества представлены отсутствием необходимости монтировать тяжелые коллекторные установки, произвольной компоновкой нагревательных поверхностей, повышенными допустимыми тепловыми нагрузками и высоким КПД, а также максимально эффективной эксплуатацией при незначительном уровне теплоаккумулирующих возможностей.

Конструкционные особенности прямоточного котельного оборудования требуют максимально точного соответствия таких показателей, как выработка пара и топливная подача.