Стальные котлы: преимущества и особенности применения

Современные системы отопления – это целый комплекс теплотехнического оборудования, начиная от источника тепла – котла, заканчивая отопительными приборами с регулирующей автоматикой. Как и ранее, вся эта система призвана служить одной цели - обеспечивать потребителя теплом в виде горячей воды или пара.

Однако современные отопительные системы обеспечивают потребителя теплом с неизменным поддержанием всех параметров на требуемом уровне, с комфортом как для конечного потребителя, так и для обслуживающего персонала котельных, с максимальной экономической и экологической эффективностью в любом режиме работы. Выполнение этих требований обеспечивается благодаря умелому проектированию и дальнейшей эксплуатации оборудования. Прежде всего, это относится к сердцу любой отопительной системы - к котельному оборудованию.

Стальной или чугунный котел?

Многие производители отопительной техники предлагают сейчас как стальные, так и чугунные котлы. Выбор между ними зависит от многих условий, поэтому и сравнивать их необходимо по многим параметрам. И первый среди них – это, естественно:

Стоимость котла.

Как видно из рисунка 1, более привлекательным с точки зрения цены является стальной котел, который дешевле чугунного в среднем на 30% в общем диапазоне мощностей. При этом в стоимость котла включена цена регулятора и не входит цена горелочного устройства.

Рисунок 1 - Розничная стоимость чугунного и стального котла (на примере чугунного котла Vitorond 200 VD2, стального котла Vitoplex 100 PV1, стального котла Vitoplex 200 SX2)

Вес котла.

Особую важность данный параметр приобрел с большим распространением крышных котельных. При этом важно понимать, что нас интересует общая масса заполненного водой котла с изоляцией, горелкой и регулятором. И снова предпочтение необходимо отдавать стальным котлам, т.к. они легче чугунных на 20 – 35% в зависимости от мощности (рисунок 2). При этом данный диапазон – до 1 МВт – один из самых распространенных в сегменте котлов средней мощности.


Рисунок 2 - Полная масса чугунного и стального котла (на примере чугунного котла Vitorond 200 VD2,

Удобство в эксплуатации и обслуживании.

В стальных котлах значительный комфорт при эксплуатации и обслуживании достигается благодаря широкой фронтальной дверце, открывающей доступ к топке котла и всем теплообменным поверхностям. При этом данные поверхности не так развиты, как в чугунном котле, более гладкие, что уменьшает вероятность и интенсивность различных отложений и, соответственно, упрощает процесс чистки котла. А большая штатная проходная площадка на стальных котлах позволяет упростить монтаж котла и иметь беспрепятственный доступ ко всем патрубкам и контрольно-измерительному оборудованию.

Диапазон мощностей.

Стальные котлы предлагаются в значительно большем диапазоне мощностей (80 – 20000 кВт), по сравнению с чугунными котлами (15 – 1200 кВт) что позволяет применять стальные котлы для всех типов потребителей: от бытовых до промышленных.

Дополнительные денежные затраты.

Как правило, дополнительные затраты связаны со стоимостью монтажных и сервисных работ и расходами на приобретение дополнительного оборудования. С точки зрения монтажа, чугунный котел обойдется дороже, так как требуется больше времени на монтаж отдельных чугунных секций. Это трудоемкая и ответственная работа, требующая профессиональной подготовки и опыта монтажников и предусматривающая применение дополнительных компонентов и материалов. В связи с малым удельным водонаполнением котлового блока чугунного котла (около 0,5 л/кВт) и хрупкостью чугуна, менее стойкого к температурным напряжениям, чугунный котел обязательно необходимо комплектовать подмешивающими насосами или насосами котлового контура в случае применения гидравлической стрелки, что значительно увеличивает стоимость котельной в целом. Котловой блок стального котла предварительно смонтирован, а гладкие теплообменные поверхности с широкими зазорами между жаровыми трубами обеспечивают низкое гидравлическое сопротивление котлового блока. Таким образом, непосредственно котел не требует установки подмешивающих или котловых насосов.

Коэффициент полезного действия.

Данный параметр является определяющим в вопросе эффективности котла. Его мгновенное значение зависит от многих условий, однако нормативные значения для большинства стальных котлов из предлагаемого типоряда значительно выше, чем у чугунных. К примеру, для стальных котлов Viessmann КПД = 92 – 96%, тогда как для чугунных котлов КПД = 92 – 94,5%.

Оптимальная геометрия камеры сгорания.

В чугунных котлах увеличение мощности связано с увеличением количества чугунных секций такого же размера, что в результате удлиняет топку при том же диаметре, затрудняет подбор горелки с оптимальным факелом и тем самым не способствует эффективной передаче тепла стенкам камеры сгорания. Стальные котлы имеют индивидуальную геометрию, т. е. вместе с увеличением мощности котла изменяется большинство размеров камеры сгорания (в частности диаметр и длина). Это позволяет подобрать оптимальную горелку и эффективно передавать тепло поверхностям нагрева котла.

Погодозависимая теплогенерация.

В современных отопительных системах значительная экономия топлива и комфорт достигаются с помощью регулирования температуры воды в подающей линии в зависимости от температуры наружного воздуха, при этом поддерживается постоянная требуемая комфортная температура внутри отапливаемого помещения. В таком режиме могут работать как стальные, так и чугунные котлы, однако разное количество времени в течение отопительного периода. Это время ограничивается эксплуатационными требованиями к значению минимальной температуры в обратной магистрали во избежание чрезмерного охлаждения дымовых газов и, как следствие, появления низкотемпературной коррозии. В связи с применением ряда конструктивных решений в стальных котлах это значение температуры гораздо ниже, чем у чугунных котлов, в результате чего для большинства стальных котлов «погодозависимый период» до 3 раз больше.

Доставка котла на место установки.

Стальные котлы поставляются цельным котловым блоком либо двумя частями, в результате чего, даже несмотря на их компактные габаритные размеры, доставка стальных котлов на место установки иногда затруднительна. Для чугунных же котлов есть возможность их доставки в труднодоступные места, учитывая секционную конструкцию, а следовательно, меньшие габариты и вес секций. Это является одним из немногих преимуществ чугунных котлов.

Ремонт котла.

В большинстве случаев проведение ремонтных работ для чугунных котлов сводится к простой замене поврежденной секции на новую, в то время как для стальных котлов ремонт связан с проведением сварочных работ по устранению трещин и неплотностей в котловом блоке, что требует высокого профессионализма ремонтного служащего и качественных сварочных материалов. Иногда, при значительных повреждениях трубных досок и жаровых труб, ремонт не возможен, в результате чего необходимо менять котловой блок целиком. Однако, как показывает опыт, природа таких значительных повреждений стального котла зачастую связана с неумелым проведением проектных и эксплуатационных работ.

Таким образом, стальной котел по многим параметрам значительно превосходит чугунный и имеет массу обоснованных преимуществ. Пожалуй, единственной веской причиной применения чугунных секционных котлов является отсутствие возможности доставки котла к месту монтажа цельным котловым блоком. Во всех же других случаях выбор в пользу стального котла очевиден!

Долговечность стального котла = правильное проектирование + правильная эксплуатация

Более детально хотелось бы остановиться на надежности и долговечности работы стального котла. Как видно из вышесказанного, стальной котел значительно эффективнее и дешевле чугунного, что обуславливает низкий срок окупаемости. Срок окупаемости может быть различным в каждом конкретном случае, при этом он должен быть определенно меньше реального эксплуатационного срока службы котла. Чтобы устранить появление нежелательных поломок и дать возможность окупиться столь эффективному оборудованию, необходимо соблюдать ряд требований. О каких же поломках идет речь, какова их природа?

Основная поломка стальных котлов – это повреждение теплообменных поверхностей (жаровых труб) и сварных соединений (жаровых труб к трубным доскам) по следующим причинам:

1. Общая и/или язвенная коррозия.

Данное негативное воздействие представляет собой равномерное либо локальное разрушение металлических поверхностей как котла, так и других элементов системы отопления вследствие их соприкосновения с неподготовленной должным образом исходной водой. Это происходит при неверном проектировании либо отсутствии системы водоподготовки, а также в результате несоблюдения водно-химического режима при эксплуатации котла. Требования к качеству воды изложены в государственном нормативном документе ДНАОП 0.00-1.08-94 «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов», а также в требованиях от завода-изготовителя Viessmann «Нормативные показатели качества воды VDI 2035, VdT?V 1453 und 1466» (см. www.viessmann.ua).

2. Низкотемпературная коррозия.

Данный тип коррозии относится как к чугунным, так и к стальным котлам и связан с чрезмерным охлаждением дымовых газов из-за заниженной температуры котловой воды и/или воды из обратной магистрали, заниженной тепловой мощности в рабочем режиме котла, что приводит к выпадению конденсата из дымовых газов. При взаимодействии конденсата с продуктами сгорания образуется ряд агрессивных кислот (угольная H2CO3, азотная HNO3 и др.), разъедающие теплообменные поверхности котла. Низкотемпературная коррозия имеет место при неверном подборе гидравлической схемы, а также несоблюдении условий эксплуатации котла по температурным режимам.

3. Продолжительная эксплуатация при завышенных температурных напряжениях теплообменных поверхностей.

Данные напряжения появляются при образовании нежелательных отложений в виде: 1) накипи (из-за несоблюдения водно-химического режима работы котла по солесодержанию, пуска только одного котла из каскада, мгновенного вывода котла из холодного состояния на максимальную мощность и т.д.) и/или 2) сажи (из-за завышения мощности горелки, оголения верхних жаровых труб при эксплуатационных ошибках или неисправности предохранительных устройств, неправильного форсирования котла и др.).

Таким образом, высокоэффективный и надежный стальной котел однозначно проработает в заявленном сроке эксплуатации при правильном проектировании системы отопления (верный подбор гидравлической схемы, горелки, оборудования водоподготовки) и эксплуатации котла (соблюдение всех условий эксплуатации котла по температурному и водно-химическому режиму). Кроме того, необходимо обеспечить правильный монтаж котла и всех элементов системы отопления, а также обеспечить проведение обязательных сервисных работ.

Стальной котел: экономичный, надежный, комфортный

Ярким подтверждением преимущества и большого распространения стальных котлов является широкая программа их поставки, включающая котлы разных уровней по эффективности, комфорту, стоимости.

Для более ясного понимания основных преимуществ применения стальных котлов рассмотрим их основные конструктивные особенности на примере стального котла Vitoplex 300 TX3A с помощью рисунка 3 и таблицы 1.

По материалам сайта: http://kotel.ua