Что из себя представляют водогрейные котлы: общие сведения, классификация

Производство большинства из указанных типов котлов прекращено около 30 лет назад, однако они еще достаточно долго будут находиться в эксплуатации. В этой связи в качестве примера рассмотрим конструкцию чугунного секционного водогрейного котла «Энергия-3». Котел собирают из отдельных секций (рис. 4.1), соединяемых между собой с помощью вкладышей — ниппелей, которые вставляются в специальные отверстия и затягиваются стяжными болтами. Такая конструкция позволяет создавать требуемую поверхность нагрева котла, а также проводить замену отдельных секций в случае их повреждения.

Вода в котел поступает через нижний патрубок поднимается вверх по внутренним каналам секции, нагревается и выходит из котла через верхний патрубок Топливо в топку подается через проем дверкой Воздух, необходимый для горения, поступает под колосниковую решетку по воздуховоду 7. Образующиеся при сжигании топлива продукты горения (ПГ) движутся вверх, затем направление потока ПГ изменяется на 180°, т.е. поток Г1Г движется вниз по кирпичным каналам и далее направляется через общий сборный дымоход в дымовую трубу.

При движении ПГ охлаждаются, их теплота передается воде, находящейся внутри секций. Таким образом происходит нагрев 66 воды до требуемой температуры. Тяга в котле регулируется шибером, соединенным стальным канатом через блок с противовесом Номинальная мощность водогрейных котлов «Энергия-3» 0,35… 0,69 МВт, КПД 73%.

Виды котлов по типу топлива

Конструкционно котлы отличаются по монтажу, топливу, мощности, материалам изготовления
Назначение отопительного оборудования – нагрев теплоносителя для обеспечения обогрева помещения. Типы котлов – это разделение агрегатов по конструктивным особенностям. Их основная классификация происходит по виду топлива. При покупке целесообразно ориентироваться на доступный и недорогой энергоресурс.

Твердотопливные

Агрегатам для выработки тепловой энергии требуется твердое топливо. Этот вариант используют в частных домах, где недоступны газовые магистрали. Производители предлагают следующие типы котлов:

• Классические – в топке сжигается любой вид твердого топлива для нагрева теплоносителя.
• Пиролизные – конструкция предполагает две камеры горения. В первой сжигается топливо, во второй выделяющиеся газы. Оборудование более производительное, но дорогостоящее.

Твердотопливные котлы могут работать на угле, дровах, пеллетах, опилках
Котлы работают на дровах, угле, торфе или пеллетах, являющихся прессованными отходами древесины.

Плюсы:

• доступность топлива;
• энергонезависимость;
• экологическая безопасность;
• долговечность эксплуатации.

Минусы:

• требуется частая закладка дров или угля;
• низкий КПД;
• инерционность;
• требуется очистка зольника.

Существуют модели котлов длительного горения. Они требуют минимального участия человека. Закладка горючего происходит раз в 12 часов. Работу оборудования контролирует автоматика.

Электрические

Электрический котел можно настроить на потребление энергии в зависимости от времени суток
Котлы, работающие от электрической сети, отличаются высоким уровнем автоматизации и универсальностью использования. Их можно установить в квартире, коттедже, на даче.

Виды электрокотлов:

• ТЭНовые – нагревательным элементом служит трубка со спиралью, разогревающейся электрическим током. В корпусе может быть установлено несколько ТЭНов для регулировки мощности агрегата.
• Электродные – теплоноситель нагревается за счет собственного сопротивления электрическому току. Корпус устройства имеет компактный размер. Агрегат продуктивен, имеет высокий КПД.
• Индукционные – тип электрокотла, где отсутствуют нагревательные элементы. Он функционирует по принципу электромагнитной индукции. Оборудование отличается безопасностью и надежностью. Минус – большой размер и стоимость.

Среди трех видов электрических котлов наибольшей популярностью пользуются ТЭНовые и электродные модели.

Плюсы:

• минимальное обслуживание;
• доступная стоимость;
• широкий ассортимент по размерам и мощности;
• безопасность эксплуатации.

Минусы:

• зависимость от электросети;
• высокая стоимость энергоресурса.

Электрокотлы часто устанавливают как дополнительное оборудование. Их включают в ночное время, когда снижены тарифы на электричество.

Газовые

Газовые котлы — самые популярные из-за дешевизны топлива
Популярность газового отопительного оборудования объясняется дешевизной топлива, дающего минимум отходов. Техника надежна и проста в обслуживании. В продаже имеются различные виды газовых котлов, отличающиеся мощностью и конструктивными особенностями. Производительность настенных агрегатов составляет в среднем 14-30 кВт, напольных – 20-60 кВт.

Существует две разновидности газовых котлов:

• Конвекционные – традиционная конструкция агрегата, работающего на энергии сжигаемого газа.
• Конденсационные – в оборудовании дополнительно используется остаточное тепло дымовых газов. Энергия получается путем конденсации пара на стенках второго теплообменника. КПД такой системы более 100%.

Основное разделение типов газовых котлов происходит по способу установки:

• Настенные – компактный корпус оборудования позволяет разместить агрегат в любом помещении. Его часто выбирают для квартир с индивидуальным отоплением.
• Напольные – громоздкие конструкции по правилам устанавливаются в отдельной комнате. Их теплообменники изготавливаются из чугуна. Мощная техника способна отапливать дома большой площади.

Модели с открытой горелкой требуют обустройства дымохода
Агрегаты с открытой камерой сгорания требуют монтажа традиционного дымохода. Модели с закрытой камерой имеют вентилятор, поэтому вывод продуктов горения осуществляется через коаксиальный дымоход. Теплообменники настенных модификаций бывают битермические и раздельные. Материалом для них служит медь и сталь. Большинство продукции изготавливается в двухконтурном варианте.

Плюсами оборудования являются:

• возможность работы на магистральном и баллонном газе;
• автоматизация;
• бесшумная работа;
• высокий КПД.

К минусам газовых котлов относится необходимость получения разрешения от газовой компании на установку оборудования.

На жидком топливе

Для жидкотопливных котлов сырьем служит солярка, бензин, керосин
Жидкотопливные котлы чаще всего функционируют на дизеле (солярке). Это не единственный вид нефтепродуктов, пригодный для сжигания горелкой. Существуют модели на масляной отработке, бензине, мазуте. Сменив горелку, можно перейти на любой из перечисленных нефтепродуктов.

Плюсы агрегатов:

• КПД составляет 85-90%;
• простая эксплуатация;
• не требуется разрешение;
• работают с любым теплоносителем.

Минусы:

• затраты на оборудование системы отопления;
• высокий расход средств на топливо;
• шумная работа.

Для размещения жидкотопливного оборудования потребуется котельная – отдельное помещение с хорошей вентиляцией. Важно найти безопасное место для хранения легковоспламеняющихся материалов. В частных домах дизельные котлы мало распространены. Они рекомендуются для промышленных объектов.

Особенности напольных агрегатов

Топливом в данном случае может выступать газ, уголь, дрова или дизель. Котлы необходимо размещать только в отдельном специально оборудованном помещении, а если топливо жидкое/твердое, дополнительно понадобится помещение и для его хранения (причем с противопожарными средствами, которые предусматриваются положениями СНиП).

Обратите внимание! Данного рода приборы могут оборудоваться элементами автоматизации и контроля. Также могут присутствовать автоматические системы регулировки прогрева воды, что обеспечивает дополнительные удобства. Такие системы анализируют температуру внутри помещения и снаружи.

Помимо того, есть и специальные программные устройства, которые переводят оборудование в рабочий режим, основываясь на предварительно заданную программу.

Виды котлов по количеству контуров

Одноконтурный котел работает только на отопление
Количество контуров обогрева определяет назначение оборудования.

Одноконтурные

Конструкция котла предполагает только нагрев теплоносителя, циркулирующего в системе. При необходимости устанавливается бойлер, в котором греется вода. Одноконтурные модели обычно выпускается с напольным размещением.

Двухконтурные

Этот вид котлов отопления в отличие от предыдущего позволяет одновременно нагревать теплоноситель и воду для бытовых нужд. Внутри корпуса имеется два независимых контура – один для замкнутой системы отопления, второй – для ГВС.

Мощность (паропроизводительность, теплопроизводительность)

Самый важный параметр при подборе промышленного парового котла. Для определения мощности необходимо определить потребность паропотребляющего оборудования, потери тепла в паропроводе и количество тепла, возвращаемого вместе с конденсатом (если такое предусмотрено).

На больших производствах для определения мощности следует обратиться в специализированную проектную организацию, которая произведёт необходимые замеры и расчёты для определения мощности котельного оборудования.

Мощность паровых котлов выражается в кг пара в час (кг/час) или в килокалориях (ккал/час).

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по производительности:

• 100 кг/час (64370 ккал/час)
• 200 кг/час (128740 ккал/час)
• 300
• 400
• 500
• 600
• 800
• 1000
• 1500
• 2000
• 2500
• 3000
• 4000
• 5000 кг/час (3,2 Гкал/час)

Классификация оборудования по способу установки

Отопительные котлы производятся в двух вариантах установки: настенные (навесные) и напольные. Первый тип обладает небольшой мощностью, но он компактных размеров. Второй тип оборудования характеризуется высокой производительностью и значительным весом. Для некоторых моделей приходится монтировать дополнительный фундамент.

Настенные

Настенное и напольное газовое оборудование для квартир и домов
Модели, навешиваемые на стену, отличаются компактным размером и привлекательным дизайном. Их устанавливают на кухне или прихожей частного дома, в квартирах, отделенных от центрального отопления. Небольшая мощность агрегатов позволяет отапливать помещения площадью 50-400 м2.

Напольные

Оборудование напольного размещения комплектуется чугунными или стальными теплообменниками. Оно тяжелое и громоздкое, но имеет длительный срок эксплуатации. К напольным видам отопительных котлов относятся твердотопливные и дизельные модели. Выпускаются также газовые и электрические агрегаты с установкой на пол.

Виды агрегатов по электрозависимости: электронезависимые – котлы с пьезоэлементами или другими приспособлениями для розжига; электрозависимые с автозапуском – агрегат после устранения неполадок или восстановления питания самостоятельно запускается; электрозависимые без автозапуска – питание котла включается вручную.

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.

Обратите внимание! Как видим, ценовой разброс достаточно большой, а конкретная стоимость зависит от производителя и типа используемого топлива. Кроме того, промышленные модели всегда стоят намного дороже.

Типы теплоносителей

Дистиллированная вода препятствует отложению накипи, рекомендуется для закрытых систем
Для эффективного отопления в системе должен циркулировать правильно выбранный теплоноситель. У жидкости должна быть хорошая теплоемкость и теплоотдача, а также химическая инертность. В системах применяется два типа теплоносителя:

Вода

Наиболее простой, дешевый и доступный способ распространения тепла по трубам и радиаторам – использование воды. Жидкость безопасна в случае протечки. Дистиллированная вода не дает накипи на нагревательных элементах и осадка в трубках. При множестве положительных качеств у нее есть недостатки:

• замерзает при температуре ниже 0°C, может разорвать трубопровод;
• вызывает коррозию металла;
• требуется подготовка для исключения из состава солей.

Использование воды рекомендуется для домов с постоянным проживанием. В других случаях от нее лучше отказаться в пользу незамерзающих составов.

Смесь с антифризом

Антифриз не замерзает в системе, рекомендуется для теплого пола
Различные незамерзающие жидкости обозначают общим названием – антифриз. Чаще всего в качестве теплоносителя используется этиленгликоль. Состав предотвращает коррозию, появление накипи и замерзание труб. Его существенный минус – токсичность. Безопасный антифриз пропиленгликоль обладает всеми положительными характеристиками, но менее популярен из-за высокой цены.

Разновидности котлов по типу тяги: естественная тяга – создается без установки специальных приспособлений, достоинством является независимость от электричества; принудительная тяга с подачей воздуха – отведение продуктов горения и поступление воздуха в камеру сгорания осуществляется с помощью вентиляторов; принудительная тяга без подачи воздуха – специальное оборудование отводит по дымоходу остатки от горения газа.

Устройство парового котла: как менялась конструкция

Принцип работы парового котла остается неизменным с момента его изобретения: тот или иной источник тепла нагревает воду, заключенную в большом или малом металлическом сосуде до температуры кипения и испарения. Скапливаясь в верхней части сосуда продукты испарения достигают необходимых величин давления и температуры, после чего направляются через паропровод потребителям или в пароперегреватель для достижения более высоких рабочих параметров. Эффективность процесса выработки пара определяется наиболее полным использованием теплоты, выделяемой источником. Развитие инженерной мысли в этом направлении можно отследить по тому, как менялась конструкция парового котла.

цилиндрический котел с внешней топкой

Первые парогенераторы напоминали котлы для варки пищи. Дровяная или угольная топка располагалась снаружи, нагревая бак с водой снизу. При такой схеме значительная часть тепла расходовалась на обогрев окружающей среды, что и обуславливало крайне низкий КПД первых паровых котлов.

паровой котел с жаровыми трубами

Разумным решением стало размещение топки внутри водяного объема котла. Вкупе с теплоизоляцией внешней обшивки бака это значимо повысило КПД, позволив расходовать тепло преимущественно на нагрев воды.

жаротрубно-дымогарный котел

Поскольку высокой температурой обладало не только открытое пламя в топке, но и выделяющиеся при сгорании дымовые газы, следующей задачей усовершенствования конструкции парового котла стало удержание тепла уходящих газов внутри водяного объема. Задача была решена размещением в нем дымогарных труб малого диаметра. Перед удалением через дымоход газы проходили по этим трубам, ускоряя нагрев и испарение воды.

В принципиально ином направлении развивалась конструкция паровых водотрубных котлов, чаще всего используемых в качестве силовых установок в электроэнергетике, на железнодорожном и водном транспорте. В случае водотрубного котла не источники тепла – топка и газоходы – размещались внутри водяного объема, а наоборот: водяной объем, распределенный по трубам малого диаметра, размещался в газоходах, по которым движутся продукты сгорания.

Такая конструкция с высокой эффективностью позволяет вырабатывать пар критического давления, избыточного для технологических процессов большинства отраслей. Принципиальные различия в конструкции водотрубных и жаротрубных котлов легли в основу большинства классификаций котельного оборудования.

Критерии выбора отопительного оборудования

При выборе котла основным фактором является доступный вид топлива. Наиболее экономичный вариант – газовое оборудование, дороже всего обойдется эксплуатация электрокотла. Основные критерии выбора:

• Мощность – в расчет берется площадь помещения, климатические условия региона, качество теплоизоляции здания. Приблизительная формула вычисления мощности – 100 Вт на 1 м2.
• Количество контуров – для отопления достаточно одноконтурной модели, но двухконтурный вариант с горячей водой более функциональный.
• Стоимость отопительного оборудования, его монтажа и подключения к системе.
• Степень автоматизации – котлы с блоком управления просты в эксплуатации. Им не требуется постоянный контроль со стороны человека.

Срок службы котлов зависит от качества изготовления. Стоит выбирать продукцию известных и уважаемых брендов. Не лишним будет узнать о наличии в городе сервисного центра.

Особенности настенных агрегатов

Если для представителей предыдущей категории требуется специально оборудованная комната/пристройка, то настенные модели можно запросто установить в кухне, ванной и так далее. То, какую именно комнату использовать, зависит от конкретного источника энергии и соображений удобства. Иными словами, вы сами должны решать, где пользоваться котлом будет удобнее всего.

Приборы на газу и электричестве могут быть достаточно мощными, чтобы поддерживать в помещении требуемую температуру, а также чтобы обеспечивать дом/квартиру горячей водой. Последняя в данном случае нагревается двумя способами:

• проточным;
• бойлерным.

Водогрейные котлы первой категории оснащаются нагревательными элементами, контактирующими непосредственно с рабочей жидкостью. Представители же второй категории предусматривают применение накопительной емкости или бойлера, где вода, собственно, и нагревается. Емкость в таком случае наполняется по мере использования воды.

Видео – Как работает котел КВГМ

Параметры пара (давление, температура)

Пар — это высокая температура, большое давление, высокая теплота парообразования/конденсации, высокая проникающая способность. Из-за этих параметров пар получил большое распространение в промышленности. В большинстве технологических процессов промышленного производства применяют насыщенный водяной пар, для которого характерна прямая зависимость давления от температуры.

Пример модельного ряда паровых котлов, классифицируемых по давлению пара (температуры):

• пар до 1,7 кгс/см² абс. (115°С);
• пар до 10 кгс/см² (180°С);
• пар до 16 кгс/см² (201°С);
• пар до 24 кгс/см² (222 °С);
• перегретый пар.

Положение в пространстве

Параметр, который в наибольшей степени влияет на требования к котельной — площадь и высоту помещения.