Теплообменник на трубу твердотопливного котла

Чугунный теплообменник

Чугун — сплав, основными составляющими которого являются сталь, углерод и кремний, а также присутствуют другие примеси (марганец, сера, фосфор). Содержание углерода в литейном чугуне в процентах от 2,14% до 4,5%.

Преимущества чугунного теплообменника

1. Чугунный надежнее и долговечнее стального. Декларируемый производителями срок службы не менее 25 лет. Чугун обладает большей коррозионной устойчивостью, чем сталь. В момент запуска на теплообменнике и трубах котла может образовываться конденсат, представляющий собой слабоконцентрированный раствор серной кислоты. Чугун гораздо устойчивее к его разрушающему воздействию,чем сталь. В любом случае котлы на твердом топливе следует оснащать защитными устройствами, которые на стадии выхода на рабочий режим подмешивают горячий теплоносителя в обратку.


2. Теплообменники из чугуна устойчивы к высоким температурам и могут использоваться для котлов под любое топливо: уголь, торф, дерево, брикеты, пеллеты.
3. Чугунный теплообменник твердотопливного котла в большинстве секционный и допускает наращивание или замену секции. При необходимости можно нарастить мощность агрегата или заменить поврежденную секцию. Мероприятие это не из дешевых и выполнять его должны специалисты.
4. Внутренняя поверхность чугунного теплообменника легче очищается от накипи при промывке.

Недостатки чугунного теплообменника

1. Хрупкость. Чугун является хрупким материалом и удар молотка или другого твердого предмета может расколоть секцию теплообменника. Нужно к нему относиться аккуратно, особенно при погрузке, выгрузке, перевозке.
2.  При резком перепаде температуры (температурный удар) чугун может треснуть. Загрузка в горячий котел топлива с мороза, большая разность температур между подачей и обраткой, попытка охлаждения перегретого котла холодной водой могут вызвать трещину на чугунном теплообменнике или его разгерметизацию.
3. Так как для на чугунных твердотопливных котлах обычно прямой ход дымовых газов, теплопроводность чугуна меньше, толщина стенок больше, чем у стального, то они имеют меньший КПД.

Твердотопливный котел — это не только топка и труба.

работанным в топке теплом надо еще правильно распорядиться. Можно ведь все это тепло отправить прямиком в трубу и способствовать таким образом всеобщему потеплению климата планеты. А правильно для нас — это так, чтобы максимально все тепло использовать на обогрев жилища, а в трубу отдать ровно столько тепла, сколько требуется для создания приемлемой тяги, не больше.

Вряд ли имеет смысл приводить какие либо цифры, отражающие, скажем, теплоемкость стенок котла, теплоотдачу в целом и т.д. и т.п. Эти цифры ничего не дадут, потому что мы сегодня не проводим научных экспериментов с отдельно взятым котлом, с конкретной печкой. Нам важно добиться понимания, КАК сделать так, чтобы добиться означенной цели.

Для этого давай прикидывать, что в котле происходит и как на эти процессы надобно влиять. С топкой мы разобрались, тепло выработали. Правда, немалая часть выработанного тепла используется прямо в топке на нагрев ее стенок, катализатора (если он есть) а также дна и перекрыши.

Еще раз небольшое отступление: тот факт, что часть тепла используется на эти цели, оспариванию не подлежит. Но вот что интересно: стенки топки прогреваются так называемым лучистым теплом от пламени. Нагретые газы здесь в теплопередаче практически не принимают участия, они уходят вверх и далее.

И чем сильнее прогреваются стенки топки, тем меньше расходуется лучистого тепла на их прогрев. Стенки уже не только воспринимают, «впитывают» тепло, но и отражают обратно, будучи нагретыми. И это тепло теперь используется на дальнейшее повышение температуры в топке, что является благоприятным фактором для полноты сгорания топлива.

Что же касается тех топок, в которые встроен теплообменник в виде стальной рубашки с водой, то там вся лучистая энергия от пламени используется в нагреве воды. В результате стальная рубашка никогда не нагревается выше температуры воды, ведь вода постоянно меняется. Каковы последствия этого, уже понятно: высокая температура в топке недостижима.

А вот кирпичные стенки топки — совсем другая песня. Кирпич разогревается быстро, и разогревается до высоких температур, гораздо бОльших, чем может нагреться вода. Тех температур, которые так необходимы для полного сгорания топлива.

Вернемся к нашему вопросу: как распорядиться выработанным в топке теплом, поступающим в каналы печи? Есть определенное множество решений, как организовать эти каналы, как организовать теплообмен. Но мы говорим о котле, и нам важно отдать тепло теплообменнику. Поэтому мы строим колпак, куда помещаем теплообменник.

Здесь надо создать условия, при которых теплообмен был бы максимально эффективен. И первое, что надо сделать, это увеличить объем колпака. Газы, несущие тепло из топки, находятся в движении. Если сделать колпак очень маленьким, не больше сечения дымовой трубы, то скорость движения газов будет максимальной.

При увеличенном объеме колпака скорость движения газов в нем значительно снизится, что повысит эффективность теплообмена. Кроме того, в увеличенном объеме мы можем расположить и теплообменник с бОльшей площадью. Например, вместо одного регистра в маленьком, узком колпаке, три регистра в более объемном колпаке.

Таким образом, медленно опускаясь в полости колпака, разогретые газы омывают стенки регистра и отдают тепло проходящей в них воде. Подогреваясь, вода поднимается по трубам регистров вверх, вместо нее в нижнюю часть регистров поступает холодная.

КПД котла. Теперь понятно, что общий КПД котла складывается как бы из двух составляющих: КПД топки и КПД теплообменника. При КПД топки, равном 100%, топливо сгорает полностью и выделяет столько тепла, сколько способно выделить. При КПД теплообменника, равном 100%, все полученное тепло переходит в массив котла и в теплоноситель, а в трубу уходят полностью охлажденные дымовые газы.

Ответим себе на вопрос: возможен ли 100% КПД котла?

В топке, даже идеально построенной, проходят совершенно неравномерные процессы, зависящие от многих причин: качество дров, количество дров, фаза горения (от начала до образования углей), соответствие количества подаваемого воздуха необходимому (в данной фазе), правильность действий истопника… При таких данных даже теоретически достичь 100% невозможно. Можно лишь гипотетически предположить, что КПД правильно построенной топки может достигать 80%, не более того. Именно правильно построенной, способной обеспечить наиболее полное сгорание топлива.

Что же касается КПД теплообменника, то и здесь 100% недостижимы. Ведь уходящие в трубу дымовые газы не могут быть холодными, поскольку в таком случае просто не будет тяги, необходимой для работы топки. А поскольку дымовые газы в трубе имеют температуру не ниже 100 градусов, то именно эти градусы, как говорят, греют бороду Дедушке Морозу, то бишь, выбрасываются в атмосферу. Какие уж тут 100%? Остановимся на тех же гипотетических 80.

Таким образом, 20 процентов от КПД мы потеряли в топке, они ушли в сажу, когда было недостаточно воздуха, потратились на прогрев воздуха, когда его было слишком много, на прогрев водяных паров при сгорании и т.д. Из полученных 80 процентов мы потеряли еще не менее 20 на теплообмене, и в результате общий КПД котла получился равным 65, от силы 70 процентов.

И это в случае правильной организации сгорания топлива и максимальной возможной теплоотдаче! Ни о каких 95 процентах КПД твердотопливных котлов-буржуек, декларируемых фирмами-изготовителями, речи нет. Кто, где и когда сумел измерить, определить, получить такую цифру, совершенно противоречащую простой, обычной логике?

В любом случае близко к 100% — это когда дрова сгорают абсолютно без остатка, без образования сажи, копоти и золы (как природный газ), это когда уходящие в трубу газы чисты, прозрачны и имеют температуру, равную температуре подаваемого воздуха в поддувало.

Но так, извините, не бывает. А если бывает, то это не бытовой твердотопливный котел, работающий естественным образом и в котором сжигают все: дрова березовые высушенные, старые столбики от заборов, сырые отходы лесопиления, щепки, мусор… А это уже некая высокотехнологичная конструкция для конкретного топлива с точными характеристиками, напичканная автоматикой подачи топлива, воздуха, отвода холодных продуктов горения и т.д. и т.п.

Использованные источники

1. unidim.com.ua/blog/teploobmennik-chugunnyy-ili-stalnoy-kakoy-vybrat-dlya-kotla-na-tverdom-toplive
2. sebestroj.ru/otoplenie/teploobmennik-tverdotoplivnogo-kotla.html
3. chipmaker.ru/topic/213302/