IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Газовый котел может по праву считаться сердцем всей отопительной системы. Конденсационные котлы выделяются более новой и усовершенствованной конструкцией, благодаря им отопление стало еще более эффективным и экономичным. Принцип работы конденсационных котлов был известен давно, но применять его в котельном оборудовании из чугуна и стали было невозможно, так как водный конденсат, обладая высокой кислотностью и имея в своем составе углекислый газ, вызывал коррозию стальных и чугунных котлов. Только с появлением коррозионно-стойких сплавов и нержавеющей стали стало возможным внедрить данную технологию в производство котельного оборудования.

Принцип работы конденсационного котла

Любое углеводородное топливо при горении выделяет тепло. В процессе сгорания топлива конечными продуктами становятся углекислый газ (СO₂) и (Н₂О) вода, которая под действием высоких температур превращается в пар. Испаряясь, вода затрачивает тепло, но его можно получить обратно в процессе конденсации, то есть, если вода из газообразной фазы перейдет снова в жидкую.

После того, как пар охлаждается, он преобразуется в жидкость. Благодаря такому процессу конденсации будет высвобождаться некоторое количество тепла. В обычном котле во время его работы происходит борьба с таким явлением, как конденсация, а в случае с конденсационным котлом конденсация является полезным явлением. Процесс конденсации имеет место в теплообменнике, который, по сравнению с газовым котлом, имеет несколько больший размер. Этот компонент конденсационного котла отбирает тепловую энергию для отопительной системы.

Тепло, которое образуется при полном сжигании топливной единицы, с учетом пара, который высвобождается во время процесса конденсации, носит название «высшей» теплоты сгорания топлива.

«Низшей» теплотой сгорания будет называться количество теплоты без учета конденсационного тепла.

Рис. 1 - Принцип работы конденсационного котла

Конденсацион­ный котел имеет коэффициент полезного действия — 108-109%. Как же это возможно, если по законам физики КПД не может превышать 100%, так как потери энергии в любых процессах неизбежны.

В неконденсационных котлах во время сжигания газа отбирается не вся тепловая энергия, а только ее большая часть. Тепловой поток в теплообменнике охлаждается только до температуры 140-160° С, при его охлаждении до более низкой температуры в дымоходе уменьшается тяга образуется агрессивный конденсат, вызывающий коррозию элементов котла. Тепловая энергия, которую можно получить в процессе конденсации в обычных котлах не используется, она называется скрытой.

Конденсационные газовые котлы используют в своей работе энергию, скрытую в конденсирующихся водяных парах, поэтому их коэффициент полезного действия, в сравнении с КПД обычных котлов, превышает 100%.

Теплообменники в конденсационном котле

Основным элементом любого котла является теплообменник. В конструкции конденсационных котлов теплообменника два. Они могут быть раздельными или совмещенными (двухступенчатыми). Первый теплообменник работает так же, как и в обычных котлах. Через него проходит тепловой поток но, не остывает ниже точки росы. Второй конденсационный теплообменник отбирает тепло, оставшееся у продуктов сгорания, и охлаждает до температуры ниже точки росы.

Водяной пар, конденсируется на стенках второго теплообменника, и отдает скрытую тепловую энергию воде. В этот момент у продуктов сгорания происходит дополнительный отбор тепла, их температура на выходе из теплообменника только на 10-15°С выше температуры теплоносителя.

Чтобы решить проблему коррозии, которую вызывает агрессивный конденсат, производители используют при изготовлении котлов устойчивые к коррозии и химическим воздействиям материалы (нержавеющую сталь, силумин (алюминиево-кремниевый сплав)).

В Европе, и в частности в Германии, действуют нормы, требующие нейтрализовать конденсат перед сливом в канализацию. Нейтрализатор представляет собой емкость с гранулами магния и калия. Проходя через эти щелочные реактивы, конденсат нейтрализуется, и, когда выводится в канализацию, не представляет собой опасности для окружающей среды. В России санитарные нормы не требуют нейтрализации конденсата, поэтому он просто собирается в специальный резервуар, предусмотренный в конструкции котла, и в последствие отводится в канализацию в своем первоначальном виде. В котлах мощностью до 30 кВт, предназначенных для отопления частных домов, за 24 часа сутки работы образуется около 30 л конденсата.

Заключение

Одно из решений проблемы экономии топлива и повышения энергоэффективности котельных установок – разработка систем глубокой утилизации теплоты уходящих газов. Продукты сгорания в простом газовом котле проходят через теплообменник устройства, поэтому некоторая часть тепла будет теряться, и вместе с отработанными газами в атмосферу будет уходить и некоторая доля горячих паров. Конденсационный котел сохраняет эту тепловую энергию в виде пара, поэтому он считается более эффективным, чем простой газовый котел.

Список литературы

1. http://www.russian-climat.ru

2. http://www.kotel-otopleniya.ru

3. СП 89.13330.2012 Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76.

4. Кочева М.А. Исследование опытно-промышленной установки по отбору теплоты фазового перехода продуктов сгорания природного газа.

Код для цитирования: Скопировать