Современные дымогарные водогрейные котлы на газе и жидком топливе — это котлы имеющие прежде всего трехходовую конструкцию. Правильное распределение между поверхностями нагрева жаровой трубы и двумя ходами конвективных труб позволяет обеспечить: полное сгорание топливабыстрое охлаждение дымовых газов в котле до Т < 1000 *С и охлаждение дымовых газов до температуры близкой к точке росы (по влаге).

Полное сгорание топлива

Размеры пламени, т.е. длина, диаметр и их взаимное соотношение, выбираются таким образом, чтобы при заданной максимальной мощности происходило полное сгорание топлива. Однако идеального (известного как стехиометрическое соотношение воздуха и топлива) трудно достичь, потому что топливо и воздух не смешиваются полностью, а это означает, что для полного сгорания всегда будет необходимо определенное количество избыточного воздуха.
Для горелок хорошего качества избыток воздуха составляет 1,08 ÷ 1,15, а для горелок низкого качества   1,2 ÷ 1,25. 
Идеальное сгорание топлива означает практически нулевую долю остатков топлива, а также нулевую долю СО в дымовых газах, что положительно влияет на конечные значения выбросов.  Превышение избытка воздуха  приводит к снижению точки росы.

Избыток воздуха1,01,21,41,62,0
Т-ра точки росы дымовых газов6057545148

Быстрый съем тепла продуктов сгорания до температуры 1000 *С

Конструктивные решения современных трехходовых котлов, таких как охлаждаемая котловой водой поворотная камера топки котла, подача обратной воды с низкой температурой в котел от потребителя, оптимальное распределение теплообмена между излучением и конвекцией, приводят к тому, что продукты сгорания в топке котла очень быстро охлаждаются до температуры ниже 1000 *С. Это позволяет достичь очень низкого уровня NOx в дымовых газах.

охлаждение дымовых газов до температуры близкой к точке росы

Точка росы дымовых газов зависит от многих факторов, таких как: температура дымовых газов, содержание в них влаги и продуктов сгорания, вид топлива и избыток воздуха, используемого для сгорания.  Влага в дымовых газах образуется в виде избытка водяного пара после сгорания топлива с воздухом и в виде остатка после сгорания водорода, который содержится в топливе. Таким образом, точка росы тем выше, чем выше содержание влаги в воздухе для сгорания и чем выше содержание водорода в топливе. 

Конденсат дымовых газов после сжигания природного газа в основном содержит угольную кислоту, соединения серы, фториды и нитраты. Конденсат является слабокислым и имеет рН 3,5 ÷ 5,2 и обладает высокой коррозионной активностью, что приводит к разрушительному воздействие на внутренние поверхности котла.
В случае серосодержащих топлив, таких как дизельное топливо, мазут и др.  при их сгорании образуется диоксид серы SO3, который при контакте с водяным паром образует серную кислоту H2SO4. 
Точка росы дымовых газов для топлив, содержащих 0,5% серы, составляет 130*С и повышается до 190 *С с увеличением содержания серы.

По этой причине охлаждение уходящих газов современных котлов должно осуществляется во всех режимах работы только до точки росы, без коррозии котла. Низкие температуры дымовых газов, близкие к температуре точки росы, обеспечивают высокий КПД котла (94%), так как это снижает количества тепла, уходящих с продуктами сгорания в дымовую трубу.

Минимальные температуры дымовых газов на всех режимах работы котла должны быть выше 110 *С для природного газа и выше 180 *С для жидкого топлива. При соблюдении этих значений, достигается длительный срок службы корпуса котла, контактирующего с дымовыми газами.

Диапазон регулирования отдельных типов котлов по мощности также может быть связан с точкой росы. Этот диапазон регулирования означает, что регулируемая мощность горелки может перемещаться в пределах указанного диапазона для системы 90/70 *С без конденсации дымовых газов.  

Повышение температуры воды на входе в котел

Современная конструкция котлов, требует современного оборудования и решений для системы потребления тепла, в которую этот котел встроен.
Одним из таких решений является повышение температуры воды на входе в котел, поступающей из системы.  

Водогрейный котел Primatic от Чешской фирмы ТН s.r.o.

Рассмотрим на примере водогрейного котла Primatik. Котел оптимально работает при разнице температур 20*С в системе с температурой 90/70 *С или 115/95 *С. Минимально возможная температура воды на входе в котел составляет 60 *С. Это гарантирует, что температура стенки котла не опуститься ниже точки росы и не будет угрожать сокращением срока службы котла.  

Современные системы отопления с регулированием мощности в зависимости от наружной температуры часто имеют температуру обратки ниже 60 *С. Поэтому необходимо повышать температуру обратной воды перед входом в котел путем подмешивания горячей водой с выхода из котла.  Это смешивание должно регулироваться для достижения одинаковой температуры обратной воды во всех режимах работы. Оптимальная температура 70*С (но не более 90*С).

В котлах Primatik используя систему поддержания температуры обратки, возможно уменьшать минимальную мощность котла на 25% от его номинальной мощности, повышая температуру обратки до 80 ÷ 82 *С. Этого можно добиться, например, путем регулировки заданного значения в регуляторе температуры на входе в котел.  При изменении этого значения максимальная мощность котла также уменьшается (поскольку  максимальны расход не изменяется)  Такое снижение  номинальной мощности можно принять, например для летней эксплуатации.

С одной стороны эти свойства приносят преимущества в виде высокой энергоэффективности, намного ниже разрешенных значений выбросов, гибкость производительности и т.д. 
С другой стороны, чтобы воспользоваться этими преимуществами  необходимо применение современных технических решений для подключения к системам потребления тепловой энергии.

Подключение котла к системе отопления

Каждая система отопления рассчитана на максимальную мощность, соответствующую самой низкой температуре наружного воздуха в данном регионе.
В действительности, однако, работа системы отопления на максимальной мощности возможна только в течении очень короткого периода времени. Большую часть времени система отопления работает на 40 ÷ 60 % от номинальной мощности.   

Ниже рассмотрим примеры такой системы 90/70 общей мощностью 2400 кВт (два котла по 1200 кВт) с разной потребностью тепловой нагрузки у потребителя.

Тепловая нагрузка 2400 кВт
Гидравлическая схема водогрейной котельной с двумя котлами при нагрузке 2400 кВт
Схема 1

Котлы оснащены системой повышения температуры обратки с помощью трехходового клапана. Сетевые насосы для каждого котла установлены в обратке. Выходы котлов подведены к подающему коллектору, обратки котлов также подключена к коллектору. Нагрузка отопления оснащена погодозависимой автоматикой, которая регулирует температуру воды в систему отопления, путем подмешивания обратной воды с помощью трехходового смесительного клапана.

Тепловая нагрузка 1400 кВт
Гидравлическая схема водогрейной котельной с двумя котлами при нагрузке 1400 кВт
Схема 2

При уменьшении потребления тепла в системе производительность насосов не меняется. Это означает, что количество воды, циркулирующей в системе отопления и количество воды, циркулирующей в отдельных контурах котла, остается таким же, как и при полной мощности.
В системе отопления влияние погодозависимого регулирования снижает температуру воды на выходе из котлов, и как следствие также снижается разница температур между входом и обраткой. 
Мощность котлов распределяется поровну, 2 x 700 кВт между обоими котлами. Температура воды на входе в котлы составляет 70 *С, что обеспечивается подмешиванием воды с выхода котла. 
При постоянной мощности котлового насоса расход через котел составляет 51,6 м3/ч, что при мощности 700 кВт дает температуру на выходе 81,6 *С.

Тепловая нагрузка 1000 кВт
Гидравлическая схема водогрейной котельной с двумя котлами при нагрузке 1400 кВт
Схема 3

Погодозависимая автоматика устанавливает температуру на отопление 55*С , при этом потребление тепловой энергии системой составляет  1000 кВт. Один из котлов уже не работает.
Расходы в сети и котле остаются неизменными. Температура установиться как показано на схеме 3.

Вывод:  Из вышеперечисленных трех режимов работы видно, что важной необходимостью котельного оборудования является регулирования температуры  воды на входе в котел, так как в противном случае будет происходить изменения расхода в котле и связанные с этим изменения теплоотдачи. Из-за низких температур возникнет захолаживание «хвостовых» поверхностей нагрева котла. Эти изменения вызовут дисбаланс в системе отопления с возможной нестабильностью циркуляции, что в дальнейшем приведет к нарушению теплоснабжения.

Рассмотренные выше состояния частично идеализированы, так как предполагается, что количество оборотной воды в тепловой сети не меняется. Фактически, в результате работы в сети регулирующих элементов (термостатические клапана, ГВС и т.д.) с изменением потребления энергии, меняется и гидравлическое сопротивление сети, и связанное с этим расход оборотной воды.

Тепловая нагрузка 1000 кВт
с изменением расхода воды в тепловой сети
Гидравлическая схема водогрейной котельной с двумя котлами при нагрузке 1000 кВт. В работе 1 котел, второй отключен.
Схема 4

Изменение количества циркулирующей воды в тепловой сети вызывает изменение температуры обратки. Эти изменения снова компенсируются регулированием температуры воды на входе в котел смесительным Т-клапаном.

Тепловая нагрузка 1400 кВт
Схема с гидравлическим разделителем

В систему установлен гидравлический разделитель (стрелка).  При таком подключении скорость потока будет стабилизирована, даже если выходы отдельных контуров будут не уравновешены, а котлы не будут оснащены контролем температуры обратных потоков.

Схема 5

Применение гидравлического разделителя дает такой же эффект в регулировании системы, как и при раздельных контурах на отдельных котлах.  
Контур котловой и контур потребления будут разделены. Эти контуры могут работать полностью независимо с помощью гидравлического разделителя. Это особенно заметно при регулировке циркуляции в отдельных контурах, так как они не зависят друг от друга. При разделении на отдельные контуры разделитель (стрелка) действует как теплообменник.

При погодозависимом регулировании отдельных контуров потребления передача тепла осуществляется  в гидравлическом разделителе от котлового контура к контуру потребления, регулируя тем самым производительность системы.

Преимущества подключения гидравлического разделителя особенно проявляется в более сложных тепловых системах с несколькими контурами потребления и различных типов: радиаторные отопительные контура, воздухонагреватели, водяное отопление или технологическое тепло.
В случае нескольких отопительных контуров с каскадным регулированием котлов, когда регулирующие воздействия на мощность котла градуированы в соответствии с каскадным расположением котлов. В таких более сложных системах, где есть разные температуры обратной воды и разные способы регулирования мощности, преимущества гидравлических разделителей будет очевидным.
В результате его применения будет стабилизирована нулевая точка системы по всем контурам в гидравлическом распределителе.
Внутреннее течение в «стрелке»  возможно в обоих направлениях, т.е. в направлении от обратного  трубопровода к выходному контуру потребления, или в контуре отопления от выходного трубопровода к обратному, но при этом протекание возможно в одном или другом направлении.  Это приводит к тому, что все контуры автоматически регулируются для гидравлического выравнивания, а избыток циркулирующей воды регулирует направление потока в гидравлической стрелке.

Это практически уравновешивает последствия регулирующего вмешательства в отдельных контурах, а система отопления устойчива во всем диапазоне  регулирования и отсутствует нестабильность циркуляции в отдельных контурах.
Кроме того гидромуфта частично компенсирует неправильный подбор мощности циркуляционных насосов или неправильную замену этих насосов.  
Практический опыт показывает, что значительно сократиться время, необходимое для регулировки системы отопления, и в результате  стабилизации  циркуляции  существенно  уменьшиться количество жалоб пользователей.

 

Схема 6

От boiler

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *