Конденсационные котлы

КПД

В технике под КПД генератора тепла понимают соотношение между полезной энергией, которая отдается потребителям тепла, и теоретически возможной энергией,

которая может производится установкой (в этом качестве до сих пор выступает pci

используемого топлива, т.к. становится возможным сравнение конденсационных котлов с традиционными котлами).

Дело, однако, в том, что в случае использования в тепловых машинах скрытой теплоты дымовых газов, мы получаем парадоксальный результат - КПД становится выше 100% (выход энергии становится больше, чем ее производится при горении). Поэтому для генераторов тепла с использованием процесса конденсации необходима корректировка выражения для КПД, где psi заменяют на PCS.

В случае природного газа, скрытая возвращенная теплота составляет 11% от pci, в то время как для жидкого топлива, например для газойля, ее доля составляет около 6%, а

для сжиженного газа – 3-4%.

Таким образом, технологию конденсации лучше применять для природного газа, в этом случае, теоретически можно добиться получения теплоты, составляющей 111% по отношению к pci.

Для других видов топлива, в частности для сжиженного газа, применять эту технологию нецелесообразно, поскольку невозможно добиться существенной экономии ресурсов из-за высокой стоимости дополнительного оборудования.

Очевидно, что только снижением до минимума точки росы можно добиться полной конденсации водяного пара, и, следовательно, максимально использовать скрытую теплоту конденсации.

Чем больше конденсируется водяного пара, тем выше будет КПД теплового оборудования, поэтому наиболее существенным фактором в установках,

использующих принцип конденсации, является температура возврата из системы отопления.

Чем ниже будет эта температура, тем больше тепла будет высвобождаться из отходящего газа для нагрева этой же самой возвратной воды.

Для поддержания высокого КПД, температуры входящей и возвратной воды в установке должны быть в некоторой степени ограничены, например 40/30° С, чтобы гарантировать конденсацию водяного пара из дымовых газов в течение всего времени работы установки. Очевидно, что в этом контексте особенно эффективны тепловые панели.

Конденсат

Конденсатом называется вода, выпавшая из отходящих газов. На самом деле образующаяся жидкость будет иметь кислую реакцию со значением РН от 3 до 4.

Жидкость с таким значением РН способствует выпадению кислотных дождей, поэтому мы напоминаем о принятии необходимых мер по своевременной нейтрализации выбросов в соответствие с принятыми нормами (UNI 11071).

Глава 1 Расчет принципиальных элементов

оборудования

Прежде всего, во время проектирования и/или изготовления современного отопительного оборудования принимаются во внимание множество факторов для выбора мощности и типа генератора тепла.

Однако не следует недооценивать также важность правильного выбора габаритов

(из каталога) некоторых ключевых компонентов для надежной работы оборудования в целом. Из этих деталей необходимо выделить, в первую очередь, дымоход,

циркуляционные насосы, гидравлический разделитель (в случае, если отопительная установка работает в каскаде), расширительный бак, воздухоотводчики.

В этой главе будут проанализированы некоторые из этих элементов, и в итоге будет предоставлена полезная информация по их расчету и проверке.

1 Дымоходы

Дымоходы играют важную роль. Проектирование и изготовление дымоходов регулируется нормами UNI 9615/90, UNI 10640, UNI 10641 UNI и 13384.

Нормы UNI/CTI 9615/90 и UNI/CIG 7129/92 предписывают, кроме того, что при эксплуатации дымоходов необходимо обеспечить:

герметичность и теплоизоляцию

вертикальное расположение

отсутствие сужений

сборник твердых продуктов сгорания

дефлектор (согласно норме UNI 7129)

Соблюдение этих норм должно гарантировать полноценный отвод газов без образования конденсата и загрязнения окружающей среды. Минимальное число секций дымохода можно приблизительно вычислить из соотношения:

A=k× Q ,

H

где:

∙Q - мощность котла, кВт или ккал/час;

∙H - высота дымохода

∙A - число секций дымохода

Коэффициент k зависит от типа используемого топлива: k = 0,025 для твердого топлива

k = 0,015 для жидкого топлива.

Для герметичных котлов (т.е. если в процессе горения тяга регулируется заслонкой в камере сгорания), k = 0,01.

Для газовых котлов имеются удобные таблицы, связывающие мощность котла с высотой дымохода. Высота, которая входит в приведенное выше выражение, равна чистому перепаду уровней между дефлектором и котлом плюс 0.5 м на каждое колено дымохода. Если дымоход подведен одновременно к нескольким установкам, то необходимо гарантировать правильное функционирование каждого котла без утечки отходящих газов.

Прежде чем переходить к детальному анализу методов расчета, и в особенности к проверке дымохода, необходимо убедиться, что будет выполняться следующее условие:

T > R,

где тяга (T) должна превышать (R), то есть сумму всех потерь давления отходящих газов на всем их пути, начиная от места выхода из котла и заканчивая выбросом в окружающую среду.

Из вышесказанного можно легко придти к заключению, что чем меньше сопротивление,

оказываемое прохождению дымовых газов, тем выше результирующая тяга.

Следовательно, необходимо сделать несколько полезных замечаний:

∙диаметр вентиляционного отверстия (дымохода) должен соответствовать мощности котла;

∙сопротивление, очевидно, должно изменяться во время цикла горения в зависимости от используемого топлива и типа генератора;

∙предпочтительно не использовать изогнутые трубы, если это невозможно, то рекомендуется применять большой радиус изгиба и угол изгиба не ниже 90°;

∙желательно, чтобы каналы дымохода, присоединенные к генератору тепла, были бы как можно короче, обладали бы гладкими стенками с минимальным количеством изгибов (максимум двумя). Кроме того, следует избегать сужения секций, особенно резкого;

∙избегайте образования турбулентности на входе дымовых газов в дымоход, т.к.

это приводит к значительной потере напора, нормальный угол присоединения дымохода к дымовой трубе должен быть, по крайней мере, 135°;

∙рекомендуется установить дефлектор, который бы не мешал выходу дымовых газов и препятствовал попаданию дождевой воды и снега в дымовую трубу, при этом в трубе должна создаваться постоянная тяга.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ДЫМОХОДА

Как было сказано выше, продукты сгорания необходимо удалять из дымохода.

Теоретическое значение силы тяги ( p ) может быть рассчитано по следующей формуле:

p = (ρa − ρf )·g·H ,

где ρa и ρf – плотность воздуха и дымовых газов соответственно в кг/м3, H –

высота дымохода, а g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Как известно, плотность газа зависит от давления ( p ) и температуры (Т):

где R - константа для каждого типа газа (для воздуха ее значение равно 287 Дж/кг, для дымовых газов ее можно принять равной в среднем 300 Дж/кг).

Теоретически, температуру дымовых газов (Tfy ) на входе в дымоход можно определить по следующему уравнению:

Среднюю температуру (Tfa ) внутри дымохода определяют так:

начальная температура дымовых газов (К).

Как было показано ранее, тяга в дымоходе должна превышать сумму потерь напора в дымоходе:

(ρa - ρf )×g ×H > Rh + 12 ρf (υ02 -υi2 ).

В предыдущем уравнении υ0 и υ f - соответственно скорости отходящих газов на

входе и на выходе из дымохода, в то время как значение Rh (сопротивление потоку в дымоходе) может быть рассчитано по следующей формуле:

ζ- местное сопротивление трению, ψ - распределительный коэффициент

сопротивления (м/с), ε - внутренняя шероховатость, Dh - гидравлический диаметр

(м), Re - число Рейнольдса.

Резюмируя сказанное, ниже приведены основные параметры, которые оказывают решающее влияние на работу дымохода и поэтому должны обязательно рассматриваться в ходе проверки:

∙температура дымовых газов на входе в дымоход

∙теплоизоляция дымохода

∙сечение дымохода

∙высота дымохода

∙шероховатость поверхности дымохода

∙атмосферное давление и температура окружающей среды

Теперь давайте ознакомимся с полезными графиками, которые позволяют сделать правильный выбор диаметра дымохода в зависимости от типа котла при определенных условиях работы.

КОТЕЛ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВЫТЯЖКОЙ И ЗАКРЫТОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ (UNI 10641/97)

На этом графике отображены результаты, приведенные для условий, которые сведены в следующей таблице:

КОТЕЛ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЯГОЙ И ОТКРЫТОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ

(UNI 9615/90)

На этом графике отображены результаты, приведенные для условий, которые сведены

в следующей таблице:

КОТЕЛ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВЫТЯЖКОЙ И ОТКРЫТОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ (UNI 9615/90)

На этом графике отображены результаты, приведенные для условий, которые сведены

в следующей таблице:

(UNI 13384/02)

На этом графике отображены результаты, приведенные для условий, которые сведены

в следующей таблице:

Циркуляционный насос

Насос – это гидравлическая машина, которая передает жидкости механическую энергию, выработанную электрическим двигателем, способствуя, таким образом повышению давления и заставляя жидкость циркулировать внутри установки. Насосы можно разделить на три группы:

∙центробежные насосы

∙осевые насосы

∙объемные насосы

Втепловых установках в большей степени получили распространение центробежные насосы. Схема такого насоса приведена ниже.

Корпус

Герметичное уплотнение

Направление движения воды

Турбина