Принципи на работа на кондензиращите котли

Газовите котли, като неразделна част от модерната отоплителна система, отдавна са част от нашия живот. Но много малко хора са чували и малцина знаят, че принципът на кондензиращия бойлер осигурява висока степен на икономичност.

Схема на кондензационен котел с два топлообменника.

Сравнение между газовия и кондензиращия котел

За да се разбере принципът на кондензационния газов котел, е необходимо да се обмисли работата на конвенционален газов котел.

Работа на конвенционален газов котел

Газът се подава към котела, където гори. Силно нагрятите газове, преминаващи през топлообменника, отказват почти цялата си енергия от топлоносителя на отоплителната система. Въпреки това ключовата дума тук е "почти". След това изгорелите газове се изхвърлят в атмосферата през коминната система. Но тъй като в един момент отпадъчните газове просто не могат да прехвърлят цялата си енергия, част от комина също напуска.

Тази енергия оставя под формата на водни пари.

Работа на кондензиращия газов котел

Схема на устройството на газовия котел.

Принципът на действие на такъв котел се основава на способността на парата да се превърне в течност, когато се охлажда. По време на прехода на вода от едно агрегатно състояние към друго, известно количество топлинна енергия винаги се освобождава. Това е тази част от енергията, която помага за икономия на гориво, а също така повишава ефективността на такъв котел.

Ако в конвенционално устройство има постоянна борба с кондензат, тогава кондензиращият бой само приветства неговото образуване.

Кондензацията на пара протича в специална камера, наречена топлообменник. Такъв топлообменник има по-голяма площ от другите газови котли. Тук има избор на топлинна енергия и нейното връщане към отоплителната система.

Струва си да се отбележи, че количеството топлина, което се произвежда, когато определен обем гориво се изгаря заедно с топлината, образувана по време на кондензацията, се нарича по-висока топлина, ако енергията на кондензация не се взима предвид - по-ниската топлина.

Ако вземем 100 от цялата енергия от изгарянето на горивото в котела, без да вземем предвид процеса на кондензация, тогава по-голямата топлина е около 111.

Тези цифри обаче показват, че благодарение на кондензацията на пара се получава допълнителна 11 топлинна енергия. И тези 11 се формират без добавяне на гориво.

Въпреки, разбира се, според всички закони на физиката, вечната машина за движение е просто невъзможна и при изпълнението на задачата, загубите на енергия са просто неизбежни. По тази причина е просто невъзможно постигането на ефективност от 100. В този случай обаче ефективността на този котел се изчислява, без да се взема предвид енергията, получена от кондензираната пара.

Схема на работа на подов газов котел.

Например, в модерен газов котел енергийното разпределение е:

• 93 е полезна енергия;
• 1 загуба (лъчиста топлина);
• 6 загуби (премахнати в атмосферата с отработени газове).

Що се отнася до кондензационния котел, лъчистните топлинни загуби остават приблизително на същото ниво, т.е. около 1, но вместо това около 11 процента от енергията, генерирана по време на кондензацията на парата, се връща в системата.

Струва си да се отбележи, че конструкцията на топлообменника прави по-пълно използване на енергията на отпадъчните газове. Тук загубите вече не са 6, както при конвенционалните котли, но от порядъка на 2. Това дава възможност да се добавят още 4 към ефективността на кондензиращия котел.

Ако запазим показателя за ефективност от най-ниската топлина, след като вземем предвид всичко това, наистина можем да гарантираме това Ефективност на котела повече от 100, т.е. сумата от 93, 11 и 4 е 108.

Трябва да се отбележи, че тези цифри не отразяват работата на кондензиращия котел, те само помагат да се види разликата. Ако ефективността в конвенционален котел е една, кондензиращият бойлер има ефективност 15 по-висока.

Количеството изгорен газ остава същото. Това означава, че е постигната икономия на гориво от 15.

Кондензиращ котел: принцип на работа

Диаграма на работата на кондензиращия бойлер.

Както стана ясно, кондензационният котел работи така, че отработените газове, които носят определено количество топлина, влизат в специално отделение, в което тази пара се кондензира и освободената енергия връща обратно.

Струва си да се отбележи, че кондензацията на пара се извършва само при така наречената точка на оросяване, която е около 50 градуса за обикновена вода.

По този начин основната задача на инженерите, които проектират такива газови инсталации, е просто да не изпускат газове, които имат температура по-висока от тази, която напуска котела.

За решаването на този проблем бяха разработени и разработени камери за топлообмен със специален дизайн. Такива топлообменници осигуряват най-пълна селекция от топлинна енергия чрез намаляване на температурата на газовете до температурата на оросяване. Всички избрани топлинни енергия, както вече беше споменато, се връщат към отоплителната система.

Принципът на действие на такъв топлообменник е както следва. За да е възможно кондензацията на пара, се използва обратна отоплителна линия, която съдържа вода. Кондензацията се извършва по-интензивно, толкова по-ниска е температурата на тази обратна вода. Разбира се, максималната температура не трябва да надвишава 50 градуса, в противен случай кондензацията няма да бъде възможна изобщо.

Оказва се, че колкото по-ниска е температурата, толкова по-висока е ефективността на котела. Това може да се види от сравнението:

• при температура на водата в директния и връщащия тръбопровод на отоплителната система съответно 40 и 30 градуса - ефективността на котела е конвенционално равна на 108;
• при температура на водата в директната и връщащата линия на отоплителната система 70 и 60 градуса, съответно - ефективността на котела е традиционно равна на 104;
• при температура на водата в директния и връщащия тръбопровод на отоплителната система 90 и съответно 75 градуса - ефективността на котела е традиционно равна на 98.

Схема на монтаж на котела.

Трябва да се отбележи, че тази цифра дори при най-високите температури е по-висока от тази на котлите, които не използват този принцип на работа.

В допълнение към факта, че принципът на работа гарантира висока ефективност на цялата отоплителна система, спестяванията се постигат с друг индикатор. Газовите горелки на такова съвременно оборудване са в състояние да изчислят много точно и, според тези изчисления, да подготвят горивна смес (газ и въздух) по такъв начин, че да се постигне максимално изгаряне при избрания режим на работа на котела.

Това води не само до икономия на гориво, но и до намаляване на вредните емисии в атмосферата. Освен това, поради факта, че температурата на отработените газове не надвишава 45 градуса, а понякога и много по-ниска, има възможност за изработване на коминни системи от обикновени пластмаси.

Фактори, влияещи върху производителността на котела

От горното става ясно, че много зависи от самия котел, но не и от всичко. Ефективността на котела зависи от някои параметри на всяка отделна отоплителна система. Например, температурата на циркулиращата вода в нея. Колкото по-ниска е температурата на директния и обратния поток на водата, толкова по-висока е степента на кондензация.

Става ясно, че най-добрият температурен режим ще бъде няколко температури от 40/30 градуса. Тази температура се ползва от почти всички подови системи, както и панелните нискотемпературни отоплителни системи. При такива температурни условия работата на котела се основава на постоянната кондензация на пара.

Ако вземем предвид отоплителните системи на радиатора, които сега са най-често срещаните, ефективността е много по-ниска, но остава висока. В допълнение, в някои периоди, най-студената, максималната температура на охлаждащата течност е необходима. Това води до факта, че отработените газове се нагряват с повече от 50 градуса. В този случай кондензацията става невъзможна и ефективността на котела е рязко намалена.

Схемата на отоплителната система.

Става ясно, че ако отоплителната среда не се нагрява силно, тогава кондензиращият бойлер може да произведе максимален изход. Този режим на работа е възможен само когато самата сграда е достатъчно топла и само трябва да поддържа определен температурен режим. На свой ред това е възможно с максимално намаляване на нивото на топлинните загуби на сградата, което се постига чрез неговата изолация.

Струва си да се отбележи и фактът, че принцип на работа на котела ви позволява да регулирате моментната си мощност, т.е. ефективността във всеки момент от времето. Трудно е обаче да се направи ръчно. Следователно, за да се подобри ефективността, беше създадена система за автоматично регулиране, която се наричаше зависима от времето. Принципът на работата му е, че при промяна на температурата на външния въздух той автоматично увеличава или намалява температурата на охлаждащата течност.

Тази автоматизация ви позволява да поддържате температурата на връщащия поток под 50 градуса възможно най-дълго.

Струва си да се отбележи едно голямо предимство на такива котли: при средна мощност от 24 kW за един работен сезон се формира средно 1200 литра кондензат. Киселинността на такава пара е около 3,5 единици. Това позволява да се отцеди такава пара дори в централната канализационна система. Киселинността не надвишава допустимите стандарти при мощност под 50 kW.

Химичен анализ на работата на газовите котли

Така че принципът на работа на котела става ясен. Въпреки това, не е напълно ясно откъде идва парата, защо такива изисквания за киселинност и т.н.

За подробно обсъждане на този въпрос ще трябва да проучим процеса на изгаряне от химическа гледна точка.

Кондензиращите газови котли използват като гориво втечнен или природен газ. При изгарянето на течно гориво в голям обем се отделят водород и въглерод. По тази причина горивото се нарича въглеводород. Тъй като не е възможен никакъв процес на изгаряне без кислород, въздухът се подава към горивната камера, която съдържа азот и кислород.

https://youtube.com/embed/m4yMAmj5tWc

В резултат на окисляване (реакция на изгаряне) се образуват химически продукти на горене: въглеродният диоксид образува въглероден диоксид и водните молекули се образуват, когато кислородът реагира с водород. Тъй като процесът на изгаряне е придружен от изобилна топлина, водната молекула не е в течност, а в газово състояние (водна пара).

Всички тези продукти на изгаряне влизат в топлообменника, където леко се охлаждат до около 160 градуса, докато преотстъпват по-голямата част от своята енергия под формата на топлина към топлоносителя. Част от тях заедно с водни пари влизат в комина.

Кондензиращите газови котли имат висока ефективност само чрез повторно използване на отпадъчни газове и отнемане на останалата част от топлинната енергия от тях. Всички избрани енергии се връщат в отоплителната система.

https://youtube.com/embed/kb1rKp8PktI

Кондензиращите котли при този процес се различават от другите газови инсталации.