Технология сжигания топлива в котле - Газовые котлы

Традиционная технология сжигания топлива
Основой котла является камера сгорания (топка) в которой происходит процесс горения газо-воздушной смеси и нагревается вода для отопления и горячего водоснабжения.

В камере сгорания установлена горелка и теплообменник. Когда идет запрос на включение котла, электронная плата открывает подачу газа на горелку, работает автоматический розжиг, возникает горение. Пламя в топке нагревает теплообменник, и соответственно воду, которая через него протекает. Подогретая вода подается в контур СО или ГВС.

По принципу удаления дымовых газов существуют котлы с открытой и герметичной камерой сгорания.

Котел с открытойкамерой сгорания производит выброс дымовых газов в стационарный дымоход. Для его работы требуется приточно-вытяжная вентиляция в помещении и естественная тяга в дымоходе.

Котел с закрытой камерой сгорания оборудован вентилятором, с помощью которого удаляются продукты сгорания.

Данные котлы не имеют жёсткой привязки к дымоходу, комплектуются специальными дымоходными системами, самые популярные из них:

- коаксиальный дымоход, который выполнен по принципу "труба в трубе", где по внутренней трубе производится выброс продуктов сгорания, а по внешней подается воздух для процесса горения газа;

- раздельная дымоходная система, в которой по отдельным трубам происходит удаление продуктов сгорания и приток воздуха.

Работа горелки традиционного котла основана на принципе инжекции воздуха.

Газ без воздуха не горит и не воспламеняется. Для получения горючей смеси газ необходимо смешать с воздухом и подать в горелку.

Газовая горелка состоит из отдельных элементов, так называемых газовых рамп (см. Рис.3). Перед газовой горелкой расположен коллектор газа с форсунками, которые имеют калиброванные отверстия, диаметр их зависит от типа газа. Когда газ из коллектора под давлением попадает в горелку, он подхватывает определенное количество первичного воздуха – принцип инжекции. В итоге мы получаем требуемую газо-воздушную смесь.

Кроме этого в топочное пространство поступает дополнительно вторичный воздух для стабилизации горения.

Высота пламени над горелкой зависит от давления газа, этим процессом управляет газовая автоматика.

Типичный теплообменник навесного котла выполнен из меди и представляет собой трубу, изогнутую наподобие змеевика в горизонтальной плоскости. Снаружи теплообменник имеет оребрение для стабилизации потока дымовых газов и увеличения теплообмена.

На корпусе теплообменника расположен предохранительный термостат, который защищает от перегрева. В случае прекращения циркуляции, датчик мгновенно нагревается и дает команду электронной плате, которая отключает подачу газа.

Конденсационная технология сжигания топлива
Конденсационная технология, как следует из названия, основывается на использовании теплоты конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания отопительного оборудования.

Откуда берется водяной пар?

Он возникает вследствие химической реакции водорода с кислородом в процессе горения топлива (см. Рис.1). Как мы видим, основными результатами этой реакции является теплота, углекислый газ и вода в виде водяного пара.

Для того, чтобы использовать теплоту водяного пара, его необходимо сконденсировать. Для этого были разработаны новый узлы: теплообменник, горелка, вентилятор, газовая автоматика.

Принцип действия: При запросе на включение котла запускается вентилятор и подает в специальную зону смешения поток воздуха. В зоне смешения установлена «трубка Вентури», для осуществления подачи газа. Таким образом, вследствие потока воздуха и подмеса газа создается газо-воздушная смесь. Она направляется в цилиндрическую газовую горелку, где происходит процесс розжига, и горение.

В отличие от конструкции инжекционной горелки (где пламя распространяется только вверх), в горелке конденсационного котла пламя распространено по всей окружности на 360°.

Горелка расположена внутри теплообменника, который имеет название конденсационный модуль.

Такие теплообменники изготавливаются из трубок овального профиля, материал – нержавеющая сталь. Корпус модуля может быть изготовлен как из нержавеющей стали или термостойкого композитного материала, устойчивого к конденсату.

Дымовые газы проходят через змеевики и передают теплоту теплоносителю СО.

В тыльной зоне камеры сгорания установлена перегородка. Она разделяет топку на две камеры. В первой камере осуществляется процесс отбора явной теплоты при сжигании горючей смеси, во второй камере пламени нет, проходят только трубки теплообменника, вследствие чего происходит процесс охлаждения водяных паров продуктов сгорания и отбор скрытой теплоты. В результате образовывается конденсат, который удаляется в дренаж канализационной системы объекта.

Наглядно эффект использования конденсационной технологии можно продемонстрировать с помощью схем теплового баланса традиционного и конденсационного котла.

Хорошо видно, что использование конденсационной технологии позволяет уменьшить потерю тепла с дымовыми газами с 17% до 5%, то есть более чем в три раза. Балансы теплоты приведены с учетом теплоты водяного пара, то есть, используя теплотехнические термины, на высшую теплоту сгорания. Если же использовать традиционную методику расчета, как это делают обычно, КПД конденсационного оборудования может достигать 108%, а традиционных котлов – 90­93%.

Конденсация водяного пара осуществляется с помощью воды обратной линии СО. Таким образом, эффективность конденсации существенно зависит от температуры теплоносителя. Чем она ниже, тем с более высокой экономичностью работает оборудование. Именно поэтому конденсационные котлы рекомендуют применять в низкотемпературных системах отопления.

Конденсационный котел, имеет важное преимущество - это низкий выброс загрязняющих веществ, в первую очередь, оксидов азота. Достигается это за счет действия двух основных факторов: точного дозирования воздуха в топливной смеси (что необходимо для эффективной конденсации) и снижения температуры в ядре факела (благодаря специальной конструкции горелки). Данные методы давно используются в промышленной теплоэнергетике как методы снижения образования оксидов азота.