Водонагревательный котел: выбор и установка, особенности эксплуатации

Что представляет собой газовая горелка и из чего она состоит

У любого приспособления, предназначенного для сжигания жидкого и газообразного топлива, есть основной узел – это горелка. Она отвечает за формирование равномерного пламени. Топливная смесь может быть разного качества, но хорошо продуманный способ подачи топлива обеспечит полное сгорание любой горючей смеси.

Атмосферные газовые горелки для котлов имеют очень простую конструкцию

Важнейшие показатели качественного устройства для сжигания газа – бесшумная работа и отсутствие выделения вредных соединений при сжигании топлива, в частности угарного газа. Современная бытовая газовая горелка для котла отопления – простое устройство, прошедшее длительный процесс модернизации. Некоторые старые конструкции, выпускаемые в советские времена, издавали много шума и были далеко не безопасны, особенно при сильном ветре.

На многие показатели, включая уровень шума, влияют конструктивные особенности камер сгорания. В новых образцах горелок много внимания уделяется удобству розжига и равномерной подаче пламени. Конструктивные особенности газовой горелки для отопления помещений очень простые:

• поджигание газа обеспечивается системой розжига;
• газ воспламеняется в форсунке;
• автоматика призвана контролировать основные показатели: температуру, равномерность распределения газа, аварийное отключение;
• наличие огня контролируется специальным «датчиком пламени».

Из помещения побочные продукты сгорания газа должны выводиться наружу, чтобы вредные примеси не заполняли пространство. Для отвода газа необходим дымоход, имеющий хорошую тягу. Это единственный недостаток отопления газом. Само устройство газовой горелки постоянно совершенствуется, включая следующие показатели:

Уровень шума газовой горелки зависит от конструкции камеры сгорания

• схемы получения тепла;
• рациональный приток кислорода;
• способы отведения копоти и углекислого газа.

Горелки газовые для котлов: основные требования и схема работы

Тепло, выделяющееся в процессе сжигания газа, концентрируется в теплообменнике, откуда передается к теплоносителю. Вместе с небольшим количеством тепла часть продуктов сгорания выводится в атмосферу. Происходит химическая реакция выделения тепла: при высокой температуре сгорающий газ соединяется с кислородом, поступающим из воздуха. На сжигании газа и выделении тепла строится принцип работы газовой горелки. Водяной пар и углекислый газ – побочные продукты химической реакции, связанной с получением тепла.

Среди опасных веществ называют оксид азота, угарный газа и некоторые смолистые компоненты. Из-за этого предъявляются особые требования к вытяжке и дымоходу – важна хорошая тяга.

Согласно современным требованиям в любом режиме газовые горелки для котлов отопления с автоматикой (и другие разновидности) должны отличаться низкой токсичностью. Требуется, чтобы в процессе горения выделялись лишь слаботоксичные газы и небольшое количество копоти, что является общим условием применения большинства видов сырья для отопления.

Правильно продуманный способ подачи топлива обеспечит полное его сгорание

Основные требования, предъявляемые к горелке для котла:

• доступность для самостоятельной установки;
• понятная схема конструкции;
• продолжительный период эксплуатации;
• надежность эксплуатации;
• незначительный шумовой порог;
• удобство переключения режимов;
• возможность работы на другом виде топлива;
• полное сгорание газа;
• высокие экологические показатели (выделяется мало вредных продуктов горения).

Как известно, дешевый товар свидетельствует о низком качестве продукции и непродолжительном сроке эксплуатации. Нередко ремонт оказывается невозможным, особенно в том случае, если нет гарантийного срока и заводского сертификата. В продаже всегда имеются качественные бытовые газовые горелки для котлов отопления. Цена их вполне приемлема для большинства потребителей.

Конструкция водогрейных котлов

На сегодняшний день рынок отопительного оборудования насыщен различными моделями водогрейных котлов, которые имеют схожую конструкцию и отличаются только мощностью нагревательных элементов и, соответственно, производительностью. Модельный ряд представлен изделиями как отечественных, так и зарубежных производителей.

В плане конструкционных особенностей — ничего нового. Обычно газовый водонагревательный котел имеет прочный стальной или чугунный корпус, отделанный теплоизоляционными материалами. Основу конструкции составляют газовая горелка и теплообменник, используемые для подогрева воды, поступающей затем в систему.

Оснащение современных моделей

В водогрейных приборах устанавливаются газовые горелки двух типов:

• атмосферные;
• наддувные.

От типа горелки и качества ее работы зависит производительность, и, соответственно, функциональность котла. Причина того, что , заключается в том, что в системе газоснабжения упало давления газа, в результате чего не обеспечивается необходимое его поступление в камеру сгорания. Как следствие, слабая интенсивность горения газообразной топливной массы и низкая температура нагрева теплообменника.

Атмосферные горелки естественным образом смешивают бытовой газ с воздухом, тогда как наддувные оборудованы для этих целей вентиляторами – нагнетателями. Смешивание газа с воздухом происходит под давлением. Топливная масса поступает в топку под высоким давлением, вследствие чего улучшается интенсивность её горения и эффективность нагрева теплоносителя. Топливо в данном случае сжигается полностью, повышая коэффициент полезного действия отопительного прибора.

Кроме того, наддувные горелки, обеспечивающие необходимое давление газа в системе, более надёжны в эксплуатации.

состоит из следующих элементов:

• опорная рама (для напольного типа);
• блок конвективной, радиационной поверхности нагрева;
• блок с ЗИП (запорная арматура, клапана и вентили).

Водогрейный котел устанавливается на опорную раму или монтируется на стену, после чего производится подключение воздуховода, воды и газа. Завершается монтаж установкой контрольно-измерительных приборов, запорной арматуры и установкой предохранительных клапанов. Как правило, все водогрейные котлы оснащаются взрывным клапаном, который устанавливается с тыльной стороны прибора. Основная задача этого приспособления — предотвратить разрушение нагревательного контура вследствие перегрева и превышения рабочего давления в камере сгорания.

Важным компонентом котла является насосное оборудование, необходимая производительность которого определяется расчётным путём с привязкой к отапливаемой площади и мощности котла.

В процессе установки котла необходимо также оборудовать дымосос, через который из камеры сгорания будут удаляться продукты сгорания топлива.  Параметры дымососа определяются также расчётным путём на стадии разработки проекта системы отопления. Неверный расчёт характеристик дымососа чреват не только наслоениями сажи на его стенках и снижением эффективности работы котла, но и опасным ухудшением функционирования вентиляции и высокой концентрацией в помещении угарного газа.

В заключение несколько слов о том, на что дополнительно следует обратить внимание при выборе агрегата. Определившись с потребной мощностью и имея представление об условиях его будущей эксплуатации, необходимо также изучить возможности и степень надёжности автоматики, от работы которой зависит не только эффективность функционирования систем отопления и ГВС, но и безопасность обитателей жилых помещений

Основные типы водогрейных котлов

Есть немало классификаций, однако зачастую такие котлы разделяют по предназначению, типу используемого топлива и, конечно, по способу установки. Рассмотрим детальнее каждую из классификаций.

Классификация водогрейных котлов по типу используемого топлива

В этом плане  приборы делятся на четыре группы, которые приведены ниже.

1. Модели на твердом топливе. Как можно судить из названия, используют в качестве топлива твердые энергоносители – уголь, древесину, пеллеты, отходы деревообрабатывающей промышленности и прочее. Предназначены, как правило, для использования в банях и частных домах, поскольку нуждаются в выделении достаточно большой площади под установку (в том числе места для хранения того самого твердого топлива).

Модели на жидком топливе (в качестве такового может выступать отработка, то есть отработанное машинное масло, солярка или мазут). Что же касается применения, то такие водогрейные котлы используются преимущественно для обогрева частных домов, причем по тем же причинам, что агрегаты предыдущей категории. Отличие заключается в том, что жидкое топливо, в соответствии с ГОСТом, необходимо хранить на определенном расстоянии от отопительного прибора, чтобы не возникали взрывоопасные ситуации. Модели на газу. Они в качестве энергоносителя используют сжиженный либо природный газ. Что характерно, могут эксплуатироваться не только в загородных домах, но также в таунхаусах и городских квартирах.

Модели на электричестве. Их, как правило, устанавливают в квартирах и не очень просторных коттеджах.

Классификация по предназначению

Здесь все приборы разделены только на две категории.

1. Бытовые водогрейные котлы. Их мощность может быть малой или средней (что намного меньше, чем у промышленных моделей, о которых мы поговорим далее). Используются в тех бытовых помещениях, которые имеют небольшую площадь.

Промышленные водогрейные котлы. Высокомощные устройства, в роли теплоносителя в которых выступает пар. Именно поэтому их еще называют паровыми котлами. Мощность исчисляется мегаваттами и составляет в среднем от 5 до 40 мегаватт, что позволяет справляться просто с огромными объемами работы. Что характерно, за такими котлами постоянно должен следить специализированный оператор, у которого имеются режимные карты, а также подробная инструкция по самостоятельному ремонту. Помимо того, оператор должен переводить агрегат в тот или иной режим работы, проверять все элементы, проч.

Классификация по способу нагрева воды

Здесь также всего две разновидности, ознакомимся с ними.

1. Котлы с накопительными баками. Вода в данном случае прогревается благодаря аккумулирующим бакам, которые, в свою очередь, наполняются по мере ее (воды) использования.
2. Проточные модели. В них вода прогревается во время прохождения до определенной температуры от нагревательного элемента.

Классификация по способу исполнения (монтажа)

Водогрейные устройства могут устанавливать на стену или на пол.

1. Напольные модели. Они являются стационарными, а отличаются тем, что могут функционировать на любого вида топливе.

Настенные модели. Приборы в навесном исполнении, как можно судить из названия, вешаются на стены, а функционировать способны на газу или электрической энергии.

Рассмотрим каждый из вариантов исполнения более детально.

Котлы с водяным контуром

Сегодня обеспечить работу системы отопления и нагрев воды для хозяйственно-бытовых нужд можно при помощи всего одного устройства — котла с водяным контуром.

Это устройство представляет собой обычный отопительный котел, в который вмонтировали бойлер. Последний, как и в случае с водогрейным котлом, может располагаться как над топкой, так и сбоку от нее.

Наиболее простым и в то же время самым известным представителем данной категории оборудования является титан.

Расположенный внутри топки теплообменник подключается к отопительному контуру, вследствие чего через него прокачивается теплоноситель — теперь уже вода. Часть этого теплоносителя по отдельной ветке подается на теплообменник, установленный внутри бойлера, благодаря чему и осуществляется нагрев имеющейся в бойлере воды.

Чтобы отопитель мог снабжать теплом две системы одновременно, он должен обладать значительной производительностью. Поэтому разработчики применяют различные конструктивные решения, обеспечивающие полное сгорание топлива и усвоение максимально возможного количества выделяющейся при этом энергии.

Нормы безопасности при эксплуатации

Эксплуатация газовых котельных имеет множество плюсов, но не стоит забывать и о существенном минусе — опасность этого оборудования. Это объясняется использованием легко воспламеняющих веществ и горючих веществ, которые и представляют всю опасность.

• Газоопасности (выброс газов);
• Взрывоопасности;
• Пожароопасности.

Пожар или взрыв может спровоцировать утечка (выброс) газа. Опасность непредвиденных ситуаций при эксплуатации очень велика. Чтобы они не возникали, проектированием газовых котельных должны заниматься квалифицированные мастера, которые имеют на это лицензию, то есть допуск такого класса работы под ключ. Лицензирование обязательно, так как это гарантия качества выполнения установки. Проектирование осуществляют инженеры, согласно нормам СНиП.

Для получения лицензии также нужно уделить внимание проектированию помещения, оно должно соответствовать нормам СНиП. Следует учитывать, что площадь котельного помещения с газоснабжением должна быть не меньше 4 м2. Но эта норма указана только для одного котла в установке

Потолок должен быть на уровне не меньше чем 2,5 метров. Объем помещения при установленном одном котле должен быть не меньше 15 м3. Эти параметры и нормы СНиП должны обязательно соблюдаться при проектировании, чтобы не допустить появления опасных ситуаций и выбросов газа

Но эта норма указана только для одного котла в установке. Потолок должен быть на уровне не меньше чем 2,5 метров. Объем помещения при установленном одном котле должен быть не меньше 15 м3. Эти параметры и нормы СНиП должны обязательно соблюдаться при проектировании, чтобы не допустить появления опасных ситуаций и выбросов газа.

Перед монтажом нужно обязательно получить лицензию на эксплуатацию газовой котельной и все необходимые сертификаты. Это все контролирует государство, так как это оборудование очень опасно, если неправильно его устанавливать и эксплуатировать. Все агрегаты в котельной должны иметь паспорт безопасности. Эти документы также выдают государственные органы, которые проводят экспертную оценку и необходимые расчеты (в том числе и выбросов продуктов горения). Служба МЧС выезжает на объект, и оформляет необходимую документацию о том, что оборудование такого класса установлено по всем правилам, не представляет опасности и что его можно вводить в эксплуатацию.

Если комплектация, класс оборудования и лицензия позволяет использование нескольких видов топлива, то согласно СНиП для предотвращения опасных ситуаций должна быть проведена экспертиза промышленной безопасности этого класса оборудования. А также во избежание опасности проводится проверка персонала, который занимается обслуживанием агрегатов.

Титан

К котлам, работающим на дровах, которые греют воду для принятия душа или ванны, относятся титаны. Этим приспособлениям, создающим удобство в доме — уже много десятков лет, но они востребованы и сегодня, так как являются доступным и проверенным способом нагрева воды.

Котел-титан в ванной

Титан достаточно компактен, и поэтому может быть установлен прямо в ванной комнате или в удобном уголке дачного домика, где обычно хозяева участка принимают душ. Главное, чтобы в дом была проведена вода, и был устроен для нее слив. Раньше готовый титан нужной модели было достаточно сложно приобрести в магазине, поэтому их обычно мастерили самостоятельно или заказывали умельцам. Сегодня же его вполне можно подобрать в торговой сети или, по старинке, изготовить самостоятельно, если есть необходимые навыки и инструменты.

Что же такое водогрейный титан? Этот прибор, оборудованный топочной и поддувальной камерой, на которой сверху устроен водяной бак. Дымоходная труба от печки с топкой проходит через бак с водой.

Принципиальная схема котла-титана

Готовые титаны в основном изготовлены из стали и имеют эмалированное или оцинкованное внутреннее покрытие. Топка же может быть изготовлена из стали и иметь чугунные вставки, или же полностью быть выполненной из чугуна. В комплект готового изделия входит смеситель, кронштейны и трубка для душа.

Водогрейные котлы

Устройство и принцип работы водогрейных котлов

Водогрейный котел— устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива, и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Теплота, вырабатываемая водогрейными котлами, используется на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также может использоваться на различные технологические нужды.

Максимальная температура воды в зависимости от теплопро-изводительности котла на выходе из котлов может составлять 95, 115, 150, 200 °С.

Все водогрейные котлы можно разделить на газотрубные

(с дымогарными и жаровыми трубами) иводотрубные. В газотрубных котлах горячие газы движутся внутри труб, омываемых с наружи водой; в водотрубных — вода перемещается по трубам, а дымовые газы движутся снаружи их. По материалу, из которого изготовлены водогрейные котлы, их можно разделить настальные ичугунные. Чугунные котлы отличаются большей коррозионной стойкостью.

По характеру циркуляции воды (независимо от конструкции) все водогрейные котлы являются прямоточными

, т. е. с однократным движением воды по его отдельным элементам.

Водогрейный котел состоит из топочного устройства и тепловоспринимающих поверхностей, которые для водотрубных котлов делятся на топочные экраны, выполненные из отдельных панелей, представляющих из себя ряд параллельно включенных труб, объединенных входными и выходными коллекторами, и конвективные поверхности нагрева, набираемые из змеевиков.

Основное предназначение водогрейного котла состоит в качественном и быстром нагреве воды, которая используется для самых различных нужд. Прежде всего, для отопления частных домов, горячего водоснабжения, а также для отопления промышленных и общественных зданий и сооружений. Эффективная работа и устройство водогрейного котла непосредственно связаны между собой.

Преимущества, недостатки

Преимуществом использования промышленных газовых котлов в таких областях, как сельское хозяйство, производства, административные или жилые здания, является легкий монтаж и долгосрочная эксплуатация без капитального ремонта. Но есть и другие плюсы, которые заключаются в следующем:

1. Коэффициент теплоотдачи высок, боле коэффициента потребления.
2. Теплоноситель в таких котлах не требуется доводить до кипения, что исключает возникновение рисков нарушения целостности самой отопительной системы.
3. Работа на разных видах жидкого энергоносителя без существенных потерь.
4. Движение жидкости прямоточно.
5. Регуляторы климатических изменений контролируют работу системы.
6. Контрольно-измерительный комплект приборов входят в комплектацию котла.
7. Отлично монтируются в блочно-модульную систему котельных.
8. Есть защита от накипи.
9. Компактные габариты.
10. Наличие на рынке.
11. Не требуется подключать к электропитанию, что уже значительно удешевляет использование оборудования.

Недостатками газовых промышленных установок являются следующие показатели:

1. Быстро и интенсивно потребляют топливо.
2. Стоимость бывает на рынке завышена. Приходится искать варианты дешевле у прямого поставщика.
3. Случайное затухание горелки может привести к несчастным случаям, взрывам газа. Нужно выбирать модель с встроенной системой самодиагностики и безопасности – например, термостаты, регулирующие интенсивность горения пламени.

Устройство и принцип работы

• Как и все твердотопливные агрегаты, водяной котел на дровах обладает камерой сгорания, куда через верхнюю дверцу производится закладка дров. Единственное отличие, это очень вместительная топка.
• В ней размешается колосниковая решетка.
• Под решеткой располагается специальная камера, куда падает зола от сгоревших дров. В камере есть дверца, через нее производится очистка золы и углей. Кстати, многие производители устанавливают выдвижной поддон, он облегчает процесс чистки.
• В верхней части обязательно монтируется дымоход.

Внутреннее устройство

</p>

А вот теперь отличительные особенности конструкции.

• Внутри камеры сгорания установлен теплообменник, обычно из чугуна. Это полая литая конструкция, внутри которой движется нагретый воздух, а не горячая вода. Именно с помощью горячего воздуха и производится нагрев воды для хозяйственных нужд.
• И основная часть котла – это бак (резервуар). Здесь присутствует два варианта — как расположен бак относительно камеры сгорания. Он может быть установлен сверху или сбоку. Первый вариант предпочтительнее, потому что горячий воздух всегда стремиться вверх, что позволяет провести эффективную схему установки теплообменника.
• И, как дополнительный элемент прибора, это вентилятор, который устанавливается не во всех моделях. Он обеспечивает подачу свежего воздуха в камеру сгорания. Кстати, устанавливается он с боку топки.

Корпус водогрейного агрегата изготавливается из металла (это высокопрочная сталь), обязательно устанавливаются тепловые отражающие экраны, их размещают на внутренних поверхностях корпуса. Они не только не дают стенкам котла перегреваться, но и являются надежной защитой от химически агрессивных веществ и механических повреждений.

Принцип работы

</p>

Камера сгорания чаще всего изготавливается из чугунных плит. Некоторые производители предлагают котлы, топки которых собираются из огнеупорного кирпича.

Принцип работы

Принцип работы водогрейного котла на дровах основан на сжигании топлива, которое отдает свою тепловую энергию чугунному теплообменнику. Он в свою очередь передает тепло воздуху, который находится внутри него. Последний перемещается по внутренним полостям и попадает в продолжение теплообменника, расположенного внутри бака, заполненного холодной водой.

Проходя по теплообменнику в баке, воздух отдает свою тепловую энергию воде. Так и происходит нагрев. Охлажденный затем он опять возвращается в теплообменник, расположенный в камере сгорания. И цикл повторяется. Все очень просто и оригинально. К тому же воздух нагревается быстрее, чем вода, что является причиной быстрого нагрева воды в самом баке.

Водогрейный котел

</p>

Добавим, что часть тепловой энергии поступает в бак через металлические стенки самого твердотопливного водогрейного котла. Это плюс, который увеличивает показатель эффективности. Кстати,

• Коэффициент полезного действия таких установок 80-85%. Не самый высокий уровень для твердотопливных котлов. Но именно для этой водогрейной конструкции считается нормальным.
• В резервуаре вода нагревается до +95°С, при давлении 0,6 атм.

Различия и виды парового оборудования

Агрегаты, предназначенные для генерирования пара, представлены следующими основными разновидностями:

• паровое котловое оборудование для энергетического использования в условиях электрических станций и турбин;
• промышленное котловое оборудование, предназначенное для производственной выработки пара;
• паровые котлы, используемые для отопления, работы прачечных, а также применяемые в эксплуатации установок для дезинфекции;
• утилизационное котловое оборудование, производящее пар посредством теплового отбора от дымовых газов, которые образуются в металлургической и химической промышленности.

Паровой котел промышленного типа

Котловые агрегаты парового типа значительно отличаются от водогрейного оборудования, что обусловлено нагревом воды с доведением её до парообразного состояния.

Предпочтение следует отдавать безопасному в эксплуатации современному оборудованию, конструкция которых характеризуется максимально быстрым парообразованием в малых объемах, без аккумуляции пара — внутри системы.

Барабанная схема

Барабанный котел характеризуется перемещением воды посредством экономайзера, с последующей подачей жидкости в барабанное устройство, расположенное в верхней части агрегата. Сила тяжести в устройствах с естественной циркуляцией позволяет воде попадать в не обогретую трубную систему, после чего жидкость перемещается внутрь обогреваемых труб, где образуется пар. Низкая плотность пароводяной смеси способствует её забросу через экранные трубы в барабанное устройство, где происходит разделение на воду и пар.

Схема барабанного котла

Жидкость естественным образом поступает в опускной трубопровод, а насыщенный пар переходит в паровой перегреватель. Котлы, имеющие естественную циркуляцию, отличаются кратностью водяной циркуляции в пределах 5-30 раз. Котловое оборудование с циркуляцией принудительного типа оснащается насосным устройством, создающим напор. Показатели кратности такого циркуляционного контура составляет 3-10 раз.

Котел барабанного типа функционирует при давлении, показатели которого ниже критического уровня, поэтому такое оборудование относится к категории агрегатов, обладающие высоким коэффициентом полезного действия.

Прямоточная схема

В таком типе оборудования присутствует принудительное и однократное движение по замкнутому контуру, в процессе чего, вода становится перегретой паром.

Процесс парового образования останавливается в зоне перехода.

Пароводяная смесь, находящаяся внутри испарительного трубопровода, доставляется в паровой перегреватель.

Прямоточные котлы оснащаются паровым прогревателем промежуточного типа, нужным для вторичного нагревания пара, который поступает из турбины и туда же возвращается. Также особенностью любой разомкнутой гидросистемы, является сохранение работоспособности на докритическом давлении и сверхкритических показателях.

Преимущества представлены отсутствием необходимости монтировать тяжелые коллекторные установки, произвольной компоновкой нагревательных поверхностей, повышенными допустимыми тепловыми нагрузками и высоким КПД, а также максимально эффективной эксплуатацией при незначительном уровне теплоаккумулирующих возможностей.

Конструкционные особенности прямоточного котельного оборудования требуют максимально точного соответствия таких показателей, как выработка пара и топливная подача.