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
- 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.
- Теплообменники из чугуна устойчивы к высоким температурам и могут использоваться для котлов под любое топливо: уголь, торф, дерево, брикеты, пеллеты.
- 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.
- Внутренняя поверхность чугунного теплообменника легче очищается от накипи при промывке.
Недостатки чугунного теплообменника
- 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.
- 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.
- 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
- unidim.com.ua/blog/teploobmennik-chugunnyy-ili-stalnoy-kakoy-vybrat-dlya-kotla-na-tverdom-toplive
- sebestroj.ru/otoplenie/teploobmennik-tverdotoplivnogo-kotla.html
- chipmaker.ru/topic/213302/