Как защитить твердотопливный котел от перегрева и конденсата. Твердотопливный котел конденсат

Как защитить твердотопливный котел от перегрева и конденсата

Покупая и устанавливая твердотопливный котел, надо обязательно учесть особенности его эксплуатации, а именно – высокую вероятность перегрева в нештатных ситуациях, что может закончиться серьезной аварией и даже разрушением водяной рубашки агрегата (взрывом). Также немалый вред может нанести образование конденсата на стенках камеры сгорания, что случается при определенных режимах работы. Чтобы исключить подобные неприятности, должна быть предусмотрена защита твердотопливного котла от перегрева и конденсата, о чем и пойдет речь в нашей статье.

Как избавиться от конденсата в топке котла?

В котлах на твердом топливе может выпадать влага на внутренних стенках камеры сгорания. Это происходит, когда дрова уже разгорелись и вентилятор наддува (если он есть) работает в полную силу, а вода в системе отопления еще холодная.

От перепада температур и возникает конденсат, который, смешиваясь с продуктами горения, оседает на стенках камеры. Этот налет вызывает коррозию металла, вследствие чего срок службы котла значительно сокращается.

Примечание. Котлы с чугунным теплообменником не боятся коррозии, но, в свою очередь, чувствительны к резким перепадам температуры теплоносителя.

Решить данную проблему несложно, надо лишь включить в схему обвязки трехходовой термостатический клапан, настроенный на температуру теплоносителя 55—60 ºС, как показано на рисунке ниже. Действует защита твердотопливного котла от конденсата следующим образом: пока вода в котле не нагреется до заданной температуры, она циркулирует по малому контуру. После достаточного нагрева трехходовой клапан постепенно подмешивает воду из системы. Таким образом, перепада температур и конденсата в топке не возникает.

Внедрение в схему смесительного узла также защищает чугунный теплообменник от перепада температур теплоносителя, поскольку клапан не даст возможности попасть холодной воде внутрь теплогенератора.

Способы защиты котла от перегрева

Чрезмерный нагрев и закипание теплоносителя в агрегатах на твердом топливе может случиться в процессе эксплуатации по таким причинам:

отключение электроэнергии;
вышла из строя электроника или датчик температуры, тогда может не отключаться вентилятор поддува или не закрываться дверца зольника;
воздушная заслонка, управляемая механическим термостатом с цепным приводом, закрылась не до конца.

Самый популярный метод защиты котла от перегрева при внезапных и частых отключениях электричества – это использование блоков бесперебойного питания либо электрических генераторов. Вообще, предусмотрительный хозяин, проживающий в местности с частыми отключениями электроэнергии, должен подумать об этом заблаговременно и принять все меры по обеспечению энергонезависимости своей системы отопления.

Совет. Чтобы система была энергонезависимой, надо ее рассчитать и сделать гравитационной с естественной циркуляцией теплоносителя. Отопительное оборудование нужно подобрать как можно проще, где отсутствует электронный блок управления и дутьевой вентилятор для котла.

Поскольку помимо аварийной ситуации с отключением электричества бывают и другие неисправности, приводящие к перегреву, то наличие независимых источников электроэнергии не панацея, нужны более универсальные решения. Вот они:

установка двухходового защитного клапана;
введение в схему обвязки байпаса для естественной циркуляции, отводящего тепло в буферную емкость или теплоаккумулятор.

Примечание. В некоторых моделях твердотопливных агрегатов внедрена защита от перегрева с помощью встроенного или выносного теплообменника. В случае аварии через него пропускается холодная вода из водопроводной сети. Такое решение можно использовать и тем, кто взялся изготовить котел на твердом топливе своими руками.

Использование клапана безопасности

Это не одно и то же, что предохранительный клапан. Последний просто сбрасывает давление в системе, но не охлаждает ее. Другое дело — клапан защиты от перегрева котла, что отбирает из системы горячую воду, а вместо нее подает холодную, из водопровода. Устройство – энергонезависимое, присоединяется к подающей и обратной магистрали, водопроводной сети и канализации.

При температуре теплоносителя свыше 105 ºС клапан открывается и благодаря давлению в водопроводе 2—5 Бар горячая вода вытесняется из рубашки теплогенератора и трубопроводов холодной, после чего уходит в канализацию. Как присоединяется клапан защиты твердотопливного котла, показано на схеме:

Недостаток этого способа защиты заключается в том, что она непригодна для систем, наполненных незамерзающей жидкостью. Кроме того, схема неприменима в условиях, когда отсутствует централизованное водоснабжение, ведь вместе с отключением электроэнергии прекратится и подача воды из скважины или бассейна.

Схема с аварийным байпасом

Практически не имеет недостатков представленная ниже схема защиты твердотопливного котла от перегрева:

При отключении электричества остановится циркуляционный насос, который во время работы поддавливает лепесток обратного клапана, чем препятствует движению воды через байпас. Но после остановки клапан откроется и теплоноситель продолжит циркуляцию естественным образом. Даже если в это время произойдет какая-то авария с твердотопливным котлом и нагрев воды не остановится, то тепло будет отводиться в буферную емкость, пока дрова в топке не прогорят.

Правда, здесь требуется выполнение нескольких условий:

наличие теплоаккумулятора или буферной емкости достаточного объема;
трубы котлового контура до емкости должны быть стальными, с увеличенными диаметрами и надлежащими для естественной циркуляции уклонами;
обратный клапан – только лепесткового типа, монтируемый в горизонтальном положении.

Заключение

Схему и способ защиты лучше подбирать в соответствии с условиями эксплуатации. В одном случае будет достаточно электрического генератора, в другом не обойтись без байпаса и буферной емкости. Но использование последней считается предпочтительным, в некоторых странах западной Европы эксплуатация теплогенераторов на твердом топливе без буферной емкости вообще запрещена.

openstroi.ru

твердотопливные котлы - Конденсат в твердотопливном котле

Отопительный котёл длительного горения на твердом топливе представляет собой довольно удачный вариант для организации обогрева помещений, а также горячего водоснабжения. Материалом для изготовления таких котлов является сталь или чугун. Выделение тепловой энергии происходит в процессе сгорания твёрдого топлива: дров, угля, торфа, а также брикетов и специальных гранул (пеллет). Подобный тип оборудования считается отличной альтернативой газовым установкам и часто используется в тех местах, где их монтаж нерентабелен. К преимуществам можно отнести невысокую стоимость применяемого топлива, а также долговечность, надёжность и экономичность.

Работа твердотопливного пиролизного котла предполагает некоторые особенности, которые должны учитываться в ходе функционирования. В качестве теплоносителя используется обычная вода и её температура должна поддерживаться на определённом уровне. Падение температуры обратки твердотопливного котла отопления ниже 60 градусов по Цельсию приводит к негативным результатам, в частности т к обильному образованию конденсата. Следует подробнее рассмотреть указанный фактор, поскольку он играет важную роль в процессе обеспечения работы устройства. Так откуда берётся вода внутри котла? Даже если древесина полностью сухая, то примерно 5-7 процентов от её массы составляет водород. Этот элемент содержится в подавляющем большинстве топлива, используемого для подобных устройств. В процессе сгорания образуется вода, которая быстро переходит в парообразное состояние и конденсируется на холодных поверхностях котла. Если топливо находилось не в герметичной упаковке, то оно впитывает некоторый процент влаги из воздуха.

Конденсат в твердотопливном котле

Образование конденсата представляет собой серьёзную опасность для металлических поверхностей. Вкупе с высокой температурой весьма быстро протекают процессы окисления. Коррозия постепенно разрушает материал, а также уменьшает эффективность всей установки. Особенно высокая чувствительность к образованию конденсата демонстрируется у котлов изготовленных из сталей с высоким КПД и низкой температурой уходящих дымовых газов. Образование конденсата в твердотопливном котел лучше не допускать

Как показывает практика, подобный фактор представляет проблему, если температура находится на уровне ниже 60 градусов. Это «точка росы» для твердотопливных котлов длительного горения. В случае превышения установленного параметра, образования конденсата в процессе работы происходить не будет. Наиболее эффективные методы борьбы с конденсатом – нагрев теплоносителя свыше 60 градусов, безсернистое топливо, а также утеплённая труба для дымовых газов.

teplo-faq.net

Твердотопливный и… конденсационный? - Журнал АКВА-ТЕРМ

С. Трехов

Одно из направлений повышения эффективности теплогенерирующего оборудования – максимально использование энергии топлива. Это не только полное вовлечение его в реакцию и снижение теплопотерь с отходящими газами, но и использование высшей теплоты сгорания, успешно реализуемое в различных типах конденсационных котлов: газовых, жидкотопливных и даже… твердотопливных.

У большинства специалистов такой «экзотический» тип теплогенератора может вызвать недоумение: ведь хорошо известно, что не только жидкотопливные, но и использующие пропан-бутановую смесь конденсационные котлы заметно уступают в эффективности работающим на природном газе. В то же время возможность утилизировать скрытую теплоту парообразования потенциально существует для всех типов теплогенераторов, в которых сгорают углеводороды: один из продуктов реакции – вода в газовой фазе. Поэтому существует теоретическая энергетическая «дельта Q» между высшей и низшей теплотой сгорания. И ничто в принципе не мешает сделать биотопливный котел конденсационным (рис. 0).

Рис.0

Лидирует природный газ

При горении углеводородного топлива конечными продуктами являются оксид углерода II и вода, которая получается в газовой фазе (пар). Очевидно, что этот пар имеет определенный запас энергии – скрытую теплоту конденсации, которую можно утилизировать при фазовом переходе. Это количество тепла – разность значений высшей и низшей теплоты сгорания. При прочих равных условиях эта разность будет тем больше, чем больше образуется пара при сгорании топлива, т. е. зависит от его вида. Так, у природного газа высшая теплота сгорания – 37,7 МДж/м3 , низшая – 34 МДж/м3. А теоретически энергетический «довесок» за счет конденсации пара – продукта реакции горения – может составить для природного газа 11 %, сжиженного пропан-бутана – 9, дизельного топлива – 6, биотоплива – 2–3 %.

В общем виде уравнение реакции углеводородов с кислородом можно записать так:

CmHn + (m + n/4) O2 = mCO2 + (n/2) Н2O + Q,

где m, n – число атомов углерода и водорода в молекуле; Q – тепловой эффект реакции (теплота сгорания). Для целлюлозы уравнение выглядит как:

(С6Н10О5)n + 6n О2 -----> 6n CO2 + 5n h3O

Для природного газа (метана):

Ch5 +2O2=CO2+2h3O.

В качестве окислителя при сжигании топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, который представляет собой смесь газов – 21 об. % кислорода, 78 % азота и один процент – оксида углерода II, инертных газов и др. Для технических расчетов обычно принимают условный двухкомпонентный состав – кислорода – 21 и азота – 79 об. %. Поэтому для полного сжигания топлива воздуха по объему потребуется в 100/21 = 4,76 раза больше, чем кислорода.

Нетрудно заметить, что для сжигания одной грамм-молекулы целлюлозы потребуется шесть молей кислорода (а значит, 30 – воздуха), а метана – только 10, при этом объем воды в газовой фазе получится во втором случае вдвое больше, чем топлива и оксида углерода II.

Особенности горения биотоплива

Для начала реакции дерево сначала нужно нагреть до определенной температуры. Источником тепла может послужить как открытый огонь – горящий участок полена, щепки, брикета, так и электрический термоэлемент. При достижении температуры около 150 °С начинается постепенное обугливание дерева с образованием самовоспламеняющегося угля. При 300 °С начинается процесс активного термического разложения древесины, при котором из обуглившегося слоя выделяется белый или бурый дым. Он состоит из продуктов термического разложения древесины и пара. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов, температура вспышки которых лежит в пределах 250–300 °С. Воспламенение древесины происходит при температуре, превышающей 450–470 °С. Решающее значение для начала горения имеет плотность материала, как плотность материала, так и влажность. Так, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная – бука или дуба. Мокрая древесина труднее воспламеняется, потому что вначале необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения. Таким образом, даже эффективное горение дров или опилок в обычных твердотопливных котлах сопровождается значительными (20 и более процентов) потерями тепла с отходящими газами за счет повышенной влажности и коэффициента избытка воздуха.

Стоит ли овчинка выделки?

Теоретически значительная экономия топлива у газовых конденсационных аппаратов, окупающая их повышенную стоимость, становится почти вдвое меньше у жидкотопливных и совсем небольшой – у биотопливных котлов. При сжигании угля получить какой-то дополнительный энергетический выход и теоретически проблематично.

Но производители конденсационных биотвердотопливных котлов, дровяных или пеллетных приводят данные, согласно которым обеспечивается дополнительное поступление до 15 % энергии, а КПД – достигать 97 %. Количество дополнительно получаемого тепла зависит не только от абсолютных значений выхода пара, но и от его концентраций, объемного процента в дымовых газах. Причем, чем он меньше, тем ниже температура точки росы для продуктов реакции, при которой достижим конденсационный режим, ниже должна быть и температура обратки. Теоретически она должна была доходить до 20 ˚С.

Строго говоря, в этом случае утилизируется скрытая теплота парообразования. Однако в дымовых газах содержится также поступившая с воздухом вода в газовой фазе (она нагревается, воспринимая выделившуюся при горении энергию за счет теплоемкости) и пар, образовавшийся при фазовом переходе влаги топлива – в ней заключается энергия, затраченная как на фазовый переход, так и на нагрев до температуры продуктов реакции. Зачастую подсчитывая энергетический выход при конденсационном режиме к дополнительно получаемому теплу относят и эти две составляющих. И тогда при конденсационном режиме эффективность может оказаться даже выше теоретической достижимой по стехиометрическим уравнениям.

С формальной точки зрения это энергия рекуперации – возврат первоначально затраченной, и к получаемому дополнительному теплу за счет использования высшей теплоты сгорания она не относится. Однако на практике иногда между ними ставится знак тождества.

Для газовых и жидкотопливных котлов такой «довесок» невелик. Например, содержание влаги в дизельном топливе составляет лишь доли процента. Но при использовании биотоплива – дров, опилок, брикетов, пеллет экономия за счет рекуперации (обратного фазового перехода пар/жидкость) может составлять уже несколько процентов, а температура точки росы дымовых газов (в зависимости от влажности топлива) превышать 40 и даже 50 ˚С. Поэтому правильнее было бы, говоря о конденсационных твердотопливных котлах, все же подчеркивать эту их специфическую особенность – конденсационно-рекуперационный режим.

Так, влажность дров может доходить до 30–50 %, пеллет – до 12 %. И если сложить энергию конденсации пара, полученного как продукт реакции, и энергию, затраченную на испарение влаги и возвращенную в систему теплоснабжения при обратном (пар–вода) переходе, то «овчинка» – твердотопливный конденсационный котел действительно может стоить выделки.

Первые «ласточки»

Чтобы перечислить компании, которые выпускают твердотопливные конденсационные котлы, вполне хватит пальцев на одной руке. Компания ÖkoFEN (Австрия) первой в мире в 2004 г. приступила к производству биотопиливных котлов, реализующих конденсационный режим (рис. 1).

Рис. 1. Биотопливный конденсационный котел Pellematic

В настоящее время серии представлены рядом моделей мощностью 8–56 кВт. Сдвоенные, тандемные модули имеют мощность до 112, объединенные в каскады (четыре котла) – 224 кВт. Серия компактных биотопливных котлов Pellematic Mini рассчитана на применение в домах с низким энергопотреблением (low energy buildings) и пассивных домах.

В серии биотопливных конденсационных котлов Pellematic Plus используются новейшие технологии, позволяющие обеспечивать жесткие современные стандарты эффективности и экологичности (рис. 2).

Рис. 2. Конструкция котла Pellematic Plus

По данным компании, конденсационный режим обеспечивает дополнительный 10–15 % приток тепла. Обязательное условие для него – низкая (30 ˚C) температура теплоносителя в обратной линии, характерная для напольного отопления или систем с нагревательными панелями. При этом температура дымовых газов находится в диапазоне 30–40 ˚С. Модели этой серии характеризуются низким уровнем эмиссии вредных компонентов, полностью автоматизированным режимом работы, автоматическим зажиганием и сравнительно небольшими габаритными размерами и массой. Например, модель мощностью 3,9 кВт требует для своей установки 1,5 м2 площади. Разработанная компанией программа Gewebetank позволяет в максимальной степени использовать преимущества такого типа биотопливных котлов в системе отопления для домов с низкой энергетикой.

Пеллетные конденсационные котлы Wood Pellets Spira (рис. 3) как для внутренней, так и для наружной установки производит также компания Grant (Великобритания).

Рис. 3. Котел Wood Pellets Spira

Работа этих полностью автоматизированных котлов схожа с работой жидкототопливных или газовых, а регулирование осуществляется за счет количества топлива, доставляемого к горелке с помощью шнекового питателя из бункера емкостью 110 кг. Оснащенные турбулизаторами теплообменники (первичный и вторичный, конденсационный) выполнены из нержавеющей стали (рис. 4).

Рис. 4. Схема работы пеллетного конденсационного котла

Котлы мощностью до 26 кВт имеют КПД до 97,4 %, мощностью 36 кВт – 93,1 %. Для получение большей мощности предусмотрено возможность парной работы теплогенераторов – 26 + 26 (52) кВт; 26 + 36 (62) и 36 + 36 (72) кВт. В этом случае модуляция мощности за счет объема подачи пеллет, может осуществляться с 25 % от максимальной. Оригинальная система самоочистки котла при помощи образующегося конденсата позволяет проводить ее лишь один раз в течение года.

Опубликовано: 05 февраля 2013 г.

вернуться назад

Читайте так же:

aqua-therm.ru

Температура обратки и конденсат в твердотопливном котла

Температура обратки твердотопливного котла

Выделение тепловой энергии происходит в процессе сгорания твёрдого топлива: дров, угля, торфа, а также брикетов и специальных гранул (пеллет). Подобный тип оборудования считается отличной альтернативой газовым установкам и часто используется в тех местах, где их монтаж нерентабелен. К преимуществам можно отнести невысокую стоимость применяемого топлива, а также долговечность, надёжность и экономичность.

Падение температуры обратки твердотопливного котла отопления ниже 60 градусов по Цельсию приводит к негативным результатам, в частности к обильному образованию конденсата.

Следует подробнее рассмотреть указанный фактор, поскольку он играет важную роль в процессе обеспечения работы устройства. Так откуда берётся вода внутри котла?

Даже если древесина полностью сухая, то примерно 5-7 процентов от её массы составляет водород. Этот элемент содержится в подавляющем большинстве топлива, используемого для подобных устройств. В процессе сгорания образуется вода, которая быстро переходит в парообразное состояние и конденсируется на холодных поверхностях котла. Если топливо находилось не в герметичной упаковке, то оно впитывает некоторый процент влаги из воздуха.

Конденсат в твердотопливном котле

Дата: Среда, 03 Февраля 2016

www.termo-star.ru

Как защитить твердотопливный котел от перегрева и конденсата

Прежде чем купить твёрдотопливный котел или заняться его установкой, необходимо знать особенности его будущей эксплуатации, чтобы вероятность перегрева оборудования была минимальной. Перегрев котла - это аварией, которая может привезти даже к разрушению водяной рубашки оборудования, т.е. взрывом. Еще одним немаловажным фактором эксплуатации котла является появление на стенках его камеры сгорания конденсата. Чтобы по возможности исключить эти неприятности в работе котла, в нем должна быть предусмотрена защита от перегрева и защита от конденсата, о чем мы и поговорим с вами в этой статье.

Как избавиться от конденсата в топке котла?

В твердотопливных котлах влага может появляться на внутренних стенках камеры сгорания. Появляется она из-за того, что дрова в котле уже разгорелись, вентилятор наддува включен, а вода в системе отопления еще не нагрелась. И вот именно из-за таких перепадов температур возникает конденсат, который в последствие смешивается с продуктами горения и по итогу оседает на внутренних стенках камеры сгорания. Такой осевший конденсат может привести к коррозии металла котла, вследствие чего, существенно сократит срок его службы.

Исключение здесь могут составлять котлы, у которых теплообменник выполнен из чугуна. Однако, здесь необходимо поправить, чугун тоже боится коррозии, он к ней просто более стойкий. А вот чего чугун боится на все 100% - это резкие перепады температуры у самого теплоносителя.

Проблема коррозии решается достаточно легко. Для этого требуется лишь включить в схему обвязки трехходовой термостатический клапан, и настроить его на температуру теплоносителя примерно в 55-60 ºС. Действие термостатического клапана довольно простое: не нагретая в котле вода будет циркулирует по малому контуру, а после того, как достигнет нужной температуры, трехходовой клапан постепенно будет подмешивать воду из системы. Как следствие, никакого перепада температур и конденсата в топке не появится.

Чтобы защитить чугунный теплообменник от перепада температур, достаточно только включить в схему смесительный узел (его клапан не ласт холодной воде попасть в теплогенератор).

Как защитить котел от перегрева

К перегреву устройства и закипанию теплоносителя могут привести следующие факторы:

отключение электричества;
выход из строя электроники или датчика температуры;
не полное закрытие воздушной заслонки, за которую отвечает механический термостат с цепным приводом.

Самый простой способ защиты котла от перегрева, это установка блоков бесперебойного питания или электрогенераторов.

Однако, перепады напряжения или отключение электричества - это не единственные причины, приводящие к перегреву оборудования. Поэтому, генераторы не панацея, нужны дополнительные универсальные решения.

Они заключаются в следующем:

поставить двухходовой защитный клапан;
ввести в схему обвязки байпаса. Он поможет создать естественную циркуляцию, отводящую тепло в буферную емкость или теплоаккумулятор.

Некоторые модели твердотопливных котлов уже имеют в своем составе защиту от перегрева. Она внедрена с помощью встроенного или выносного теплообменника. Если происходит авария, теплообменник начинает пропускать через себя холодную воду из водопровода.

Использование клапана безопасности

Клапан безопасности и предохранительный клапан - это два разных устройства. Предохранительный направлен на сбрасывание давления в системе, но он не охлаждает ее. Клапан защиты создан, чтобы отобрать из системы горячую воду и заменить ее на холодную.Устройство полностью энергонезависимое, оно подсоединяется к подающей и обратной магистрали, водопроводной сети, а так же канализации.

Когда температура теплоносителя повышается до 105 ºС, клапан безопасности открывается и с помощью давления горячая вода вытесняется из рубашки теплогенератора и трубопроводов холодной, после чего спускается в канализационную систему.

Однако, если вашим теплоносителем является незамерзающая жидкость, такой способ вам не подойдет. Клапан безопасности так же будет бесполезен, если отсутствует система централизованного водоснабжения, ведь вместе с отключением электричества, подача воды из скважины или бассейна так же прекратится.