Обзор водогрейных котлов

Водогрейными котлами называют оборудование, предназначенное для нагрева воды под давлением, то есть без возможности кипения теплоносителя. Применяют их в системах отопления частных домов, а также на ТЭЦ и котельных, рассчитанных на значительное количество потребителей. Кроме отопления, водогрейный котел может производить еще и нагрев горячей воды для бытовых и промышленных нужд.

Технические характеристики

Все водогрейные котлы имеют свои характеристики, основными среди которых можно назвать: теплопроизводительность, температуру теплоносителя на входе в котел и на выходе из него, градиент.

Теплопроизводительность

Это величина, характеризующая количество тепла, передаваемое теплоносителю оборудованием в единицу времени. Ее обычно измеряют в кВт и иногда называют мощностью. Номинальное значение производительности указывают в паспорте котла.

Согласно одной из классификаций водогрейный котел может быть:

• малой мощности (до 65 кВт). Именно такие агрегаты используются для отопления частных домов (1 кВт их теплопроизводительности хватает на обогрев 20 куб. м объема или же 8–10 кв. м площади в зависимости от высоты потолков);
• средней мощности (от 70 кВт до 1,75 МВт);
• большой мощности (выше 1,8 МВт).

Температура воды

Температура воды на входе в котел может быть номинальной и минимальной. Первую оборудование должно обеспечивать в нормальном режиме работы, и, как правило, ее значение находится в пределах 60–110 градусов.

Минимальную температуру, обычно равную 60 градусам, необходимо соблюдать для того, чтобы трубопроводы не подвергались низкотемпературной коррозии из-за воздействия на них конденсата.

Максимальной температурой на выходе называют такое ее значение, при котором вода не кипит. Чаще всего оно равно 110–115 градусам – именно такое оборудование можно приобрести в личное пользование.

Однако встречаются котлы с температурой до 150 градусов – обычно это высокопроизводительные агрегаты, устанавливаемые на ТЭЦ.

Градиент

Температурным градиентом называют разницу в температурах на входе в котел и на выходе в систему отопления. Он может достигать 50–55 градусов. Чугунное котельное оборудование обычно имеет меньшие градиенты по сравнению со стальным.

Типы оборудования

Кроме различной производительности, такое оборудование как водогрейный котел классифицируется еще и по виду топлива. Существуют следующие разновидности приборов:

• газовые (самые распространенные в черте города);
• твердотопливные, чаще всего применяемые для загородных построек;
• жидкотопливные (дизельные или мазутные);
• электрические.

Твердотопливные агрегаты

Основными плюсами таких приборов являются: создание полностью независимой от внешних источников снабжения отопительной системы, простота конструкции (а, следовательно, и ремонта), высокий эксплуатационный срок и доступность энергоносителя. Кроме того, некоторые модели могут работать даже в частично автоматическом режиме (например, с использованием механических приборов).

Главный недостаток использования твердотопливного котла – необходимость загрузки топлива вручную (кроме отдельных пеллетных моделей, способных загружаться автоматически благодаря специальным бункерам). А еще на обслуживание такого оборудования тратится много времени.

Газовые котлы

К плюсам газовых водогрейных котлов относят:

• простоту в эксплуатации за счет высокого уровня автоматизации процесса;
• сравнительно низкую стоимость отопления;
• высокий уровень теплового КПД;
• широкий ассортимент оборудования различной мощности.

Среди минусов таких устройств – зависимость от снабжения газом и необходимость в хорошей вентиляции в месте их установки. Кроме того, газовый водогрейный котел, начиная с определенной мощности, необходимо ставить в отдельном помещении. А перед его монтажом следует получить разрешение от соответствующей службы.

Котлы на жидком топливе

Жидкотопливные котлы также можно встретить на рынке отопительных приборов, хотя используются они нечасто. Их преимущества:

• высокая мощность, начинающаяся с 10 кВт;
• отсутствие необходимости получать разрешение на установку;
• экономичность эксплуатации;
• высокий КПД.

К их недостаткам относят сложность хранения топлива, для которых, как и для самих котлов, требуется отдельное помещение. Топка и дымоход оборудования нуждаются в постоянной очистке. А еще для стабильной работы такого устройства необходимо установить на трубопроводе дополнительный топливный насос.

Электрические устройства

Главные достоинства, которые имеет электрический водогрейный котел, заключаются в простоте использования, компактных размерах и бесшумной работе. Также стоит отметить отсутствие необходимости в установке дымохода и в отдельном помещении. И, наконец, такие котлы намного безопаснее и экологичнее в работе по сравнению с другими вариантами.

Минусами эксплуатации электрокотлов считается их сравнительно небольшая мощность и невысокое значение КПД. А еще для более или менее производительного оборудования потребуется устройство отдельной сети в 380 В.

Самым же главным недостатком, которым обладает электрический отопительный котел, является высокая стоимость его эксплуатации.

Марки и модели

На сегодняшний день на рынке отопительного оборудования можно найти продукцию десятков отечественных и импортных брендов. Она работает на различных видах энергоносителей и обладает характеристиками, позволяющими обслуживать и небольшие помещения, и целые дома.

Рассмотрим основные марки и модели водогрейных котлов, которые может приобрести российский потребитель.

Марки приборов на твердом топливе

Среди твердотопливного водогрейного оборудования одной из самых популярных марок является «Теплодар». Производитель выпускает две серии котлов: «Уют» и «Куппер». Первые менее дорогие и не отличающиеся привлекательным дизайном устройства. Вторые — функциональные и высокопроизводительные, нередко дополнительно комплектующиеся электрическими ТЭНами. Практически все модели способны работать не только на дровах и угле, но и на газе (при условии комплектации специальными горелками). А максимальная производительность такого оборудования – 30 кВт.

Также пользуются популярностью котлы марки Viadrus, имеющие мощность 12–75 кВт. Они бывают трех типов – C (работа только на угле), D (только дрова) и C/D (универсальные варианты, использующие и дрова, и уголь, и даже газ).

Модели электрокотлов

Самые выгодные по соотношению цены к качеству электрические котлы Zota представлены 4 сериями:

• Econom, имеющие минимальное число опций. Мощность – до 48 кВт;
• Lux, автоматизированные и удобная в эксплуатации. Диапазон мощности 3–100 кВт;
• Zoom, повторяющие характеристики серии «Люкс», но имеющиея больше функций контроля;
• MK, мини-котельные, рассчитанные на обогрев 60–150 кв. м и работающие при помощи удаленного доступа (в сочетании с модулем GSM).

Электрокотлы Bosch имеют мощность от 2 до 60 кВт. В комплекте с ними могут идти бойлеры объемом до 300 литров и теплообменники. Самые популярные серии бытового котельного оборудования марки – Buderus (4–60 кВт) и Tronic (4–18 кВт).

Агрегаты Protherm, кроме уже имеющегося оснащения насосом и расширительным баком, способны еще и подключаться на выбор либо к двух-, либо к трехфазной электросети. При этом любой водогрейный котел этой марки обладает максимальной степенью защиты, предохраняющей его от перепадов электроэнергии. Самая популярная серия бренда – «Скат», номинальная мощность котлов которой варьирует от 6 до 28 кВт.

Неплохо зарекомендовала себя и продукция марки «Эван», выпускающаяся в сериях Warmos и Warmos QX, отличающихся исполнением. У моделей QX лучше дизайн и функциональность, хотя линейка мощностей у них примерно одинаковая – от 5 до 60 кВт.

Бренды газовых агрегатов

Газовые котлы Vaillant могут иметь один контур (серия VU) или два (VUW). Все модели этой марки комплектуются системой электророзжига. Теплопроизводительность оборудования, используемого для отопления частных домов – до 44 кВт. Промышленные модели и котлы, предназначенные для установки на ТЭЦ, имеют мощность от 70 до 3500 кВт.

Продукция чешского бренда Dakon может иметь встроенный теплообменник для проточного горячего водоснабжения, хотя некоторые модели комплектуются бойлерами объемом до 60 л. Производительность газового оборудования этой марки может достигать 3500 кВт, хотя в быту чаще всего используются настенные модели мощностью до 32 кВт. Похожими характеристиками обладают модели марки Bosch.

Пользуется спросом среди потребителей и марка газовых котлов Ferroli, представленная такими сериями, как Domina с двумя контурами и Nouvelle Elite, укомплектованной бойлерами. Чаще всего встречающиеся настенные модели «Ферроли» обладают производительностью до 32 кВт.

Газовые водогрейные котлы: классификация промышленных и бытовых агрегатов

Водогрейный газовый котел используется для теплоснабжения частных жилых домов, небольших общественных и производственных зданий в районах, где отсутствует подача центрального отопления либо подсоединение к нему считается неэффективным.

Котлы устанавливаются в одном помещении, называемом водогрейной котельной. Автономная система отопления оснащается основным и вспомогательным котельным оборудованием, блоком автоматики безопасности.

Классификация водогрейных котлов на газе

Водогрейные газовые котлы устанавливаются в источниках теплоснабжения для организации подачи ГВС и отопления на бытовые и промышленные нужды.

Принцип функционирования таких устройств заключается в циклическом процессе нагрева и охлаждения теплоносителя. В зависимости от температуры нагрева они группируются:

• на низкотемпературные с температурой нагреваемой среды до 115 С;
• высокотемпературные от 115 до 150 С;
• на устройства, вырабатывающие перегретый теплоноситель свыше 150 С.

По назначению они разделяются на две группы:

1. Газовые промышленные свыше 100 кВт и теплоносителем до 115 С.
2. Бытовые, для частного дома, с мощностью до 100 кВт и теплоносителем до 90 С.

Промышленные газовые котлы

Промышленные водогрейные газовые котлоагрегаты сегодня являются самыми эффективными источниками теплоснабжения. Они могут быть выполнены водотрубными, когда теплоноситель циркулирует внутри труб, а дымовые газы снаружи.

И жаротрубными, когда дымовые газы проходят внутри труб, а теплоноситель снаружи. Монтаж обоих вариантов отличается различной конструкцией дымоотводящих каналов.

Как правило, промышленный водогрейный агрегат состоит из 2-х взаимосвязанных конструктивных частей: топочной и конвективной.

Первая — выполнена из стальных панелей, называемых экранами по месту расположения: задний, боковой, фронтальный и потолочный. Конвективные поверхности нагрева располагаются после топочных поверхностей нагрева, чтобы обеспечить максимальный теплосъем от уходящих газов.

Для этого направление движения теплоносителя и дымовых газов выполняется по принципу противотока.

Котлы для частного дома

Эти устройства имеют меньшую мощность и работают при более низкой температуре теплоносителя, поэтому могут быть как настенными, так и напольными.

В зависимости от количества контуров нагрева, они изготавливаются одноконтурными для отопления и двухконтурными для отопления и ГВС. Одноконтурные котлы могут иметь патрубки для подключения внешнего бойлера косвенного нагрева ГВС.

Теплообменники изготавливаются из стали, чугуна и меди. Последние в основном для настенных конструкций. Газовое топливо сжигается в топке, которая может выполняться закрытой для принудительного движения дымовых газов и открытой в случае естественного удаления уходящих газов.

Горячие газы омывают теплообменник, через который проходит теплоноситель для контура отопления и ГВС. Остывшие дымовые газы выбрасываются в атмосферу через дымоотводной канал.

Движение воды может протекать естественным путем, за счет разности температур между горячей и холодной средой и принудительным, с использованием циркуляционного насоса.

Нагретый теплоноситель с температурой до 90 С поступает во внутридомовую тепловую сеть, распределяется по стоякам и далее по радиаторам отопления, где отдает тепловую энергию воздуху в помещении, остывает и возвращается в котел для следующего цикла нагрева.

Устройство и принцип работы газовых промышленных котлов

Промышленные газовые водогрейные котлы, способные нести большую тепловую нагрузку — это сложная теплотехническая система, имеющая много взаимосвязанных элементов.

Как правило, водогрейные газовые котлы комплектуются таким оборудованием:

• Автоматика и управление.
• Котел с топочными экранами.
• Горелочное устройство газового котла.
• Центробежные насосы: циркуляционные, подпиточные и системы ХВО.
• Теплообменные аппараты.
• Топливоподача: газорегуляторные установки (ГРУ).
• Вентилятор.
• Дымосос.
• Электрощитовое оборудование.
• Блок химической очистки воды — ХВО.
• Баки для хранения воды: аккумуляторный, деаэрации, подпиточный.

Техническое обслуживание оборудования водогрейной котельной проводится обученным оперативным персоналом по утвержденным производственным инструкциям.

Автоматика и управление

Управление котлов большой мощности является сложным процессом, поскольку связано с динамически изменяющимися температурными режимами, как внутри котла, так и в системе теплоснабжения.

Для того чтобы постоянно контролировать многочисленные параметры этой системы используются первичные датчики по пламени, разрежению в топке, давлению и расходу газа и температурам по всем контурам нагрева.

Все первичные датчики завязаны на блок автоматики котла, который состоит из системы регулирования и безопасности.

Первая система отвечает за поддержания температурного графика схемы теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха. Например, для увеличения температуры, исполнительный механизм открывает подачу газа и соответственно увеличивается расход подачи воздуха в топку через открытие воздушной заслонки, а разрежение в топке через открытие шибера на дымососе.

Система безопасности следит, чтобы контролируемые параметры не превышали или не падали ниже допустимых значений, в этом случае сигнал поступает на электроконтактный клапан-отсекатель, установленный на газовой линии перед котлом.

В аварийной ситуации он полностью отключает подачу газа на горелочное устройство и включает световую и звуковую сигнализацию.

Горелка

Газовая горелка основа любого котлоагрегата, от которой зависит эффективность тепловой системы в целом. По варианту подачи газа они подразделяются на конструкции:

• инжекторного принципа действия, которые благодаря высокой скорости истечения газа из сопла, засасывают в корень факела воздушную струю;
• наддувного принципа действия, в которых воздух нагнетается с помощью вентилятора;
• диффузного типа, в которых газовоздушная смесь образуется в специализированных диффузионных каналах.

Для промышленных водогрейных котлов, в основном применяется газовая наддувная горелка. Она выполнена из форсунки, через которую выходит смесь газа с воздухом, создается мощный факел, обеспечивающий равномерную площадь горения в топке.

Для более мощных промышленных котлов от 100 кВт используют горелки, работающие под разрежением, создаваемым дымососом.

Топка

Устройство топочной камеры в промышленном газовом котле выполняется закрытой, работающей под наддувом. Принудительная подача воздуха и создание разряжения дымососом позволяет поддерживать высокую температуру в области горения до 1900С.

В топочной части проистекает технологический процесс горения газа. Излучаемое тепло при помощи конвективного и радиационного теплообмена передается теплоносителю через стальные экраны.

Для увеличения теплопередающей способности топки панели выполняют газоплотными, сваривают между собой стальной полосой.

После топки горячие газы с температурой 800 С поступают в конвективный пучок, выполненные в виде панели из стояков и труб. Последние располагаются в шахматном порядке, чтобы увеличить поверхность нагрева.

На этом участке температура дымовых газов падает до 180-200 C. В зависимости от проектной схемы для снижения температуры уходящих газов до 55 С, устанавливаются дополнительные «хвостовые» поверхности нагрева котла, например, экономайзер и воздухоподогреватель.

Дымосос

К тягодутьевым машинам водогрейного котла относятся вентилятор и дымосос. Первые обеспечивают принудительную подачу воздуха в зону горения, а вторые разрежение в топке, чтобы дымовые газы могли выходить в атмосферу.

Основные характеристики дымососа:

• производительность перекачиваемой среды, м3/ч;
• создаваемое разрежение, Па;
• мощность установленного двигателя, кВт;
• частота оборотов рабочего колеса (об/мин).

Дымосос подбирается по объему дымовых газов, образовавшихся в максимальном режиме работы котла. Он обязан создать напор, который будет превышать сопротивление дымоотводной системы. Условия его работы значительно труднее, чем у вентиляторов, вследствие высокой температуры среды, коррозионной агрессивности уходящих газов и наличия в них частичек золы.

ХВО — это сокращенное обозначения системы химической очистки воды для нужд водогрейного котла, распространенным, доступным и дешевым теплоносителем, она обладает недостатками и может привести к разрывам поверхностей нагрева котла.

Для котлов наиболее опасными примесями в подпиточной воде являются:

• взвешенные механические вещества;
• растворенные соли жесткости;
• кислород и окислы, вызывающие коррозию котловых поверхностей нагрева.

Активный кислород удаляется из воды термическим методом в деаэраторах.

Соли жесткости удаляются химическим путем в умягчителях, с прохождением воды через натрий катионитовые фильтры. Взвешенные вещества удаляются в механических фильтрах, заполненных песком.

Подпитка воды водогрейного котла зависит от системы отопления и размера утечек. Наименьшими показателями подпитки обладают системы закрытого типа.

Устройство водогрейных котлов для дома

Все современные бытовые газовые котлы в диапазоне 9 — 30 кВт для нагрева площади до 300м2 являются водогрейными, то есть через них циркулирует теплоноситель системы отопления.

Контур для нагрева воды выполняется в виде водяной рубашки либо трубчатого теплообменника.

Типовой водогрейный котел состоит:

• топочная камера: открытая или закрытая;
• горелка модулируемая или обычная;
• теплообменный аппарат для каждого контура обогрева: отопления и ГВС;
• циркуляционный насос для теплоносителя;
• центробежный вентилятор в устройствах закрытого типа для подачи воздуха;
• блок управления и автоматики безопасности.

Дымоотводная система выполняется по рекомендациям завода изготовителя котла. Лучшими системами для закрытых топок являются коаксиальный дымоход, который приобретается отдельно и не требуется вертикального вывода отработанных газов через кровлю здания.

Техобслуживание водогрейных газовых котлов в частном доме выполняются по режимным картам, которые представляются сервисными или наладочными организациями.

Ошибки водогрейных бытовых котлов

Все водогрейные котлы, работающие на газовом топливе, имеют единый технологический принцип нагрева теплоносителя и должны отвечать государственным требованиям по безопасной эксплуатации.

Наиболее распространенные ошибки водогрейных котлов:

1. Обрыв факела на горелочном устройстве. Этот сбой обычно вызван высокими параметрами по разрежению в топке и скорости подачи факела к устью горения, а также низким давлением в газовой сети.
2. Высокое давление в контуре нагрева, превышающее значение предусмотренное режимной картой. Самыми распространенными причинами такой ошибки могут быть: нерабочий насос циркуляции, утечка в сети, забит теплообменный аппарат и конвективные поверхности нагрева котла.
3. Высокая температура теплоносителя из-за низкой циркуляции в котле. Сбой может происходить при плохой работе насоса, нерабочих датчиках температур в блоке управления котла, забытых поверхностях нагрева накипью.
4. Неисправность электронной системы клапана-отсекателя газа.

Водогрейные газовые котлы являются наиболее распространенными источниками нагрева в индивидуальных системах отопления бытовых и промышленных объектов.

Они имеют самые высокие показателями эффективности с КПД до 92 %, предельного уровня автоматизации тепловых процессов — 100%, модуляцией от 30 до 100% и высокую эксплуатационную готовность.