Нискотемпературни котли на газ и течно гориво

През последните години актуалността на нискотемпературните котли, работещи на газ и течно гориво, многократно се увеличи. Сред предпоставките е увеличеният пазарен дял на горивните съоръжения, захранвани с природен газ, като цяло, вследствие развитието на централната газификационна мрежа. Влияние върху пазара оказва влияние и тенденцията към непрекъснато повишаване цената на всички първични енергоизточници, което определя все по-високия интерес към енергийно ефективните технически решения, към които принадлежат и нискотемпературните котли.

Предимства и недостатъци

Именно намаленият разход на електроенергия, поради отпадането на необходимостта от смесителна помпа, високата експлоатационна надеждност и високият КПД са сред основните предимства на нискотемпературните котли, превърнали ги в сериозна алтернатива на традиционно използваните конструкции. При нискотемпературни котли с големи мощности, оборудвани с двустепенни или модулни горелки, ефективността на съоръженията достига внушителните 95%, което обяснява широкото им използване в различни промишлени приложения. Друго предимство на тези котли е предотвратената кондензация на водните пари, съдържащи се в димните газове, върху топлообменнте повърхности. Нискотемпературните котли са предпочитано решение и поради по-малката консумация на гориво в сравнение с обикновените модели.

Препоръчително е преди да се вземе окончателно решение за инвестиция в определен модел нискотемпературен котел, да се провери доколко като конструкция и експлоатационно поведение съоръжението действително принадлежи към категорията на нискотемпературните. В противен случай, при опити за поддържане на нискотемпературен режим на работа от обикновен стоманен котел, животът на съоръжението се съкращава значително. Доказателства за принадлежност на един котел към нискотемпературните модели са специфичното му конструктивно изпълнение, материалите от които са изработени основните елементи на котела, системата за автоматично регулиране и наличието на тестови изпитания от страна на производителя за отсъствието на кондензация на водните пари в димните газове.

Наред с предимствата, характерни за нискотемпературните котли, използването им налага и съобразяването с редица специфики. На първо място, нискотемпературните котли могат да обслужват инсталации с максимална температура на водата до 75 градуса Целзий. Необходимо е, също така, коминът да бъде устойчив на влага.

Технически специфики

В конструктивно отношение нискотемпературните модели се различават от обикновените котли, работещи с течно гориво и газ. Както е известно, се наричат нискотемпературни, защото температурата на топлоносителя на изхода на котела е в диапазона от 40 до 75 градуса Целзий. Конструктивните специфики на нискотемпературните котли обуславя по-ниската температура на изходящите димни газове и следователно по-малките топлинни загуби, характерни за котлите. Характерна за съвременните модели нискотемпературни котли е възможността температурата на подгряваната вода да се регулира плавно, в зависимост от режима на работа на отоплителната инсталация. Нискотемпературните котли се отличават и с намалени загуби от конвекция и излъчване, особено при по-маломощните модели. Предотвратяването на кондензацията на водните пари, съдържащи се в димните газове, ограничава корозионните процеси и води до удължаване на експлоатационния срок на съоръженията.

Конструктивни решения

Сред наложилите се в практиката конструктивни решения на нискотемпературни котли са моделите с т.нар. суха горивна камера. При тази конструкция котли стените на горивната камера (пламъчната тръба) нямат пряк контакт със загряваната вода. След излизането си извън горивната камера, димните газове обтичат силно оребрената и коаксиално разположена стена на пространството, в което се намира подгряваният топлоносител. Ребрата се изработват от чугун или стомана. Температурата им се поддържа висока. За да работи котелът в нискотемпературен режим, следва да е доказано отсъствието на кондензация на водните пари в димните газове.

Друго конструктивно решение, характерно за нискотемпературните котли, са т.нар. двучерупкови повърхности. При тези котли димните газове преминават през димогарни тръби, които са решени конструктивно като двучерупкови конвективни топлообменни повърхности. Двете черупки се изработват от стомана или чугун и са коаксиално разположени една спрямо друга с междинни дистанционни ребра. Температурата на вътрешната тръба винаги е по-висока с 15 до 20 градуса в сравнение с температурата на топлоносителя. Когато котелът работи в нискотемпературен режим, т.е. температурата на топлоносителя не е висока, повърхностната температура на топлообменните повърхности е по-висока от тази на топлоносителя.

Съвременно технологично решение, използвано при нискотемпературните котли, включва интегриране в конструкцията на съоръжението на система за повишаване температурата на връщащата се вода. На практика, повишаването на температурата на връщащата се вода се осъществява чрез непрекъснато смесване на загрятата и постъпващата охладена вода или чрез различни като конструктивно решение схеми за топлопредаване. За бързо повишаване на температурата на връщащата се вода се разчита на гравитационното налягане. В нискотемпературните котли с подобна конструкция са формирани два взаимно свързани циркулационни кръга.

Освен изброените конструкции нискотемпературни котли са разработени и успешно въведени в практиката и други решения, като например двуконтурна схема на топлоносителя.

Кондензационните котли

Постигането на ефективност, по-висока от характерната, за нискотемпературните котли е възможно при използването на т.нар. кондензационни котли. Характерно за тях е оползотворяването на топлинната енергия, която се съдържа в димните газове. Чрез използването на специална конструкция се постига кондензация на водните пари, съдържащи се в димните газове, при което наред с понижаването на температурата им се отделя допълнително количество топлинна енергия.

Именно на това се дължи постиганата от кондензационните котли ефективност, по-висока от характерната за нискотемпературните котли (за повече информация вж. поредицата от статии за кондензационни котли в сп. Инженеринг ревю).

Загубите на топлина са резултат от непълно горене, излъчване и конвекция в околната среда и изхвърлянето на горещите димни газове в атмосферата. Известно е, че коефициентът на полезно действие на един котел е правопропорционален на топлинната мощност на котела в kW и обратно пропорционален на количеството изгоряло гориво в kg/s или m3/s, както и на долната топлина на изгаряне на горивото в kJ/kg (kJ/m3).