Разновидности газовых водогрейных котлов

Содержание:

Сердцем современной топочной каждого дома является газовый водогрейный котел. В течение долгих лет метан был единственным приемлемым видом топлива, использовавшегося для обогрева зданий. За эти годы газовое отопительное оборудование постоянно модернизировалось и дополнялось новыми техническими решениями, в результате чего КПД самых высокотехнологичных установок достигло 95—96%. Это очень высокий показатель, поскольку при сжигании других видов углеводородов он недотягивает и до 90%. Стоит рассмотреть подробнее технологии, позволяющие так эффективно получать тепловую энергию из метана.

Классификация водогрейных котлов

По технологии сжигания топлива и нагрева теплоносителя бытовые газовые теплогенераторы можно разделить на несколько видов:

  • традиционные агрегаты прямого нагрева воды в теплообменнике;
  • конденсационные установки;
  • двухходовые водогрейные котлы;
  • трехходовые теплогенераторы.

В традиционных установках теплоноситель проходит через чугунный или стальной теплообменник, расположенный прямо над пламенем газогорелочного устройства. Лучшие характеристики теплопередачи показывают теплообменники из серого чугуна с добавлением графита. Такие изделия практически не подвержены коррозии и весьма долговечны, но боятся резких перепадов температур. Чугун – хрупкий металл, при резком тепловом расширении или сжатии подвержен растрескиванию. Стальные котлы в этом отношении стабильнее, но они страдают от воздействия солей и накипи, а потому не столь долговечны.

  • А – слой теплоизоляционного материала, стойкого к высоким температурам;
  • В – ребристая поверхность чугунного теплообменника;
  • С – горелка, состоящая из нескольких стержней с отверстиями, равномерно нагревает всю поверхность теплообмена;
  • D – электронный блок управления.

Раскаленные продукты горения проходят сквозь ребра теплообменника, отдавая ему тепловую энергию, после чего уходят в дымоход. Подобная технология не очень эффективна, поскольку газы не успевают передать все свое тепло поверхностям нагрева. В зависимости от режима работы, КПД такого агрегата находится в пределах 83—90%.

Устройство, подогревающее воду для нужд ГВС, — газовая колонка – использует тот же принцип действия, только мощность горелки и площадь поверхностей обмена в ней меньше. Разница в том, что газогорелочное устройство поджигается от запальника в тот момент, когда кто-то открывает кран горячей воды и в водопроводной сети появляется расход. После закрытия вентиля горелка отключается.


Конденсационные котлы

Отопительные агрегаты, использующие скрытую энергию конденсата, считаются наиболее эффективными. Суть в том, что при химической реакции горения метана (СН4) возникают 2 основных вещества: углекислый газ (СО2) и обычная вода (Н2О). Также образовываются некоторые токсичные соединения, например, угарный газ (СО) и окись азота (NOx), но их содержание в продуктах горения гораздо ниже. Вода, находясь в зоне высокой температуры пламени, тут же испаряется и вместе с дымовыми газами выбрасывается на улицу. Получается, что часть тепловой энергии в классических котлах уходит на парообразование и пропадает напрасно.

Широко распространено мнение, что водяные пары попадают в рабочую зону отопителя из природного газа, имеющего определенную влажность. Это верно лишь отчасти, поскольку примесь влаги в топливе незначительна, а основная масса воды выделяется в топке в результате химической реакции горения.

Конденсационный водогрейный котел сконструирован таким образом, чтобы заставить водяные пары сконденсироваться на поверхности теплообменника и возвратить тепловую энергию парообразования, передавая ее теплоносителю. Этому способствует закрытая топка и витой змеевик теплообменника, внутрь которого помещена цилиндрическая горелка.

Пламя газогорелочного устройства распространяется во всех направлениях, дымовые газы с водяными парами проходят между витками змеевика, по которому движется теплоноситель. Пар конденсируется на поверхности трубок змеевика, остывает и стекает в специальную емкость. В результате немалая тепловая энергия парообразования возвращается и идет на обогрев дома.

  • А – змеевик из нержавеющей жаростойкой стали высокого качества;
  • В – модуляционная горелка цилиндрической формы;
  • С – вентилятор для принудительного нагнетания воздуха в топку;
  • D – патрубок присоединения газопровода;
  • Е – контроллер с цифровым дисплеем.

Модулируемое газогорелочное устройство под управлением контроллера плавно меняет интенсивность горения во всем диапазоне тепловой мощности, используя ровно такое количество топлива, какое необходимо в данный момент. Благодаря технологии сжигания с возвратом тепла парообразования КПД конденсационных котлов достигает 95—96%, лучшие показатели имеют только электрические водонагреватели с коэффициентом 99%. Соответственно, отопительные агрегаты, использующие энергию конденсата, являются наиболее экономичными из всех, сжигающих углеводородные виды топлива.

Котлы с жаротрубными теплообменниками

Эти водогрейные газовые котлы имеют конструкцию, предусматривающую движение раскаленных продуктов горения по специальным каналам, называемым жаровыми или дымогарными газоходами. Пучки каналов со всех сторон омываются циркулирующим теплоносителем, отбирающим от них тепло. При этом в зависимости от конструкции, дымовые газы делают 2 или 3 хода по трубам в прямом и обратном направлении. Соответственно, отопители с такими теплообменниками называются двух – или трехходовыми. Устройство и принцип действия рассмотрим на примере теплогенератора с тремя ходами для продуктов горения.

  • А – наружный теплоизоляционный слой;
  • В – каналы второго хода газов;
  • С – рабочая зона топки;
  • D – блок управления (контроллер);
  • Е – передняя дверца с теплоизоляцией;
  • F – дымогарные трубы первого хода в разрезе;
  • G – чугунные ребра топки для улучшенного обмена теплом;
  • Н – жаровые каналы третьего хода.

Данный тип агрегата является комбинированным и может использовать в качестве топлива как метан, так и солярку, для перехода достаточно заменить горелочное устройство. При использовании метана принцип работы газового водогрейного котла следующий: модуляционная горелка, помещенная внутрь топки, выдает факел пламени, нагревающий чугунные ребра и всю поверхность каналов первого хода газов.

Воздух в рабочую зону нагнетается вентилятором, он входит в конструкцию горелки. Однако, чтобы продукты горения успешно преодолевали сопротивление трех ходов жаровых труб, одного нагнетателя недостаточно. Поэтому здесь задействован второй вентилятор – дымосос, находящийся в конце воздушного тракта, в начале наружного дымохода. В результате максимальная температура продуктов горения на выходе из жаротрубного теплообменника составляет 180?С, а эффективность сжигания топлива находится в диапазоне 88—94%.

Трехходовые отопительные установки в силу своей конструкции располагают значительной мощностью по отношению к рассмотренным ранее отопителям. Их принимают на вооружение владельцы больших коттеджей либо зданий производственного назначения. По той же причине оборудование не имеет вторичного контура для горячего водоснабжения, в то время как в предыдущих видах водогрейных установок вторичный теплообменник для ГВС может быть установлен.

Каждый газовый водонагреватель, сжигающий метан, разработан с учетом определенных условий эксплуатации. Классические агрегаты в основном производятся в энергонезависимом исполнении и предназначены для бытовых целей, то есть, обогрева частных домов или квартир. Конденсационные котлы более универсальны, так как охватывают широкий диапазон мощностей, некоторые их модели выдают до 1.5 МВт. Двух – и трехходовые установки не приспособлены для работы с системами отопления небольших зданий, значение начальной тепловой мощности у них колеблется в пределах 80—100 кВт.

Заключение

Несмотря на различия в конструкции, цель преследуется одна: получить как можно большее количество теплоты из углеводородного топлива. Поэтому все типы газовых теплогенераторов максимально усовершенствованы и располагают высокими показателями эффективности работы, что в настоящее время часто бывает решающим фактором при выборе источника тепловой энергии.

По материалам сайта: http://cotlix.com