Съвременни газови отоплителни системи

Когато се говори за пазара на газови отоплителни съоръжения у нас, следва да се отбележи бързият темп в развитието му през последните години, предлагането на най-съвременни като технически възможности и технологични специфики уреди и инсталации, както и натрупаният опит в изграждането и поддръжката им. Разбира се, основна предпоставка за описаните пазарни характеристики е разширяването на газопреносната мрежа в цялата страна. Макар и индиректна роля играе и участието на страната ни в двата мащабни енергийни проекта за пренос на газ - Набуко, свързващ Близкия изток и Каспийския регион, и Южен поток, за пренос на газ от Русия към Европейския съюз. Освен развитието на газопреносната мрежа, заслуга за бързото навлизане на съвременни газови отоплителни уреди има и фактът, че те се отличават с много добри експлоатационни характеристики. Като цяло се характеризират с висок КПД, висок коефициент на енергийна ефективност и успешно поддържане на зададените параметри на микроклимата.

В много случаи към отоплителните инсталации, използвани в промишлеността, има специфични изисквания, свързани с конкретния производствен процес. Например, разделянето на производствените и складовите помещения на отделни зони, в които се извършват специфични етапи от технологичния процес и е необходимо поддържане на точно определени параметри на микроклимата във всяка една отделна зона. За редица производства, запрашеността в помещенията също е сериозен проблем. Използваните в промишлеността съвременни газови отоплителни уреди успяват до голяма степен да отговорят на тези специфични изисквания.

В този и следващия брой на сп. Инженеринг ревю ще представим енергийно ефективни съвременни съоръжения, захранвани с газ.

Нискотемпературни котли

Отоплителните инсталации, базирани на нискотемпературни котли, до голяма степен успяват да отговорят на изискванията към съвременните отоплителни инсталации като постигане на висока ефективност на работа, ниски експлоатационни разходи, малки количества на отделяните вредни вещества, съпътстващи отработването на използваното гориво. Постигането на по-добър топлинен комфорт при по-ниска температура на топлоносителя и високата енергийна ефективност на нискотемпературните инсталации логично доведе и до увеличаване на търсенето на така наречените нискотемпературни котли. Освен с газ, те биха могли да се захранват и с течно гориво, а конструкцията им се различава от тази на обикновените котли.

Този вид котли се характеризират със специфична конструкция и тип на използваните материали, които позволяват поддържането на по-ниска температура на топлоносителя на изхода на котела, варираща обикновено в диапазона от 40 до 75 градуса Целзий. Характерна за тях е по-ниската температура на изходящите димни газове, което води и до по-малки топлинни загуби в сравнение с обикновените котли. Друга характерна особеност на съвременните модели нискотемпературни котли е възможността температурата на подгряваната вода да се изменя безстъпално, според графика за регулиране на работата на отоплителната инсталация, т.е. температурата на топлоносителя се регулира в зависимост от температурата на външния въздух. Нискотемпературните котли се отличават и с намалени загуби от конвекция и излъчване, особено при по-маломощните модели. При тях се предотвратява кондензацията на водни пари, съдържащи се в димните газове в самия котел, което ограничава корозионните процеси и води до удължаване на експлоатационния срок на съоръженията.

Предлагат се различни конструктивни решения

Използват се различни конструкции нискотемпературни котли. Сред наложилите се в практиката конструктивни решения са моделите с т.нар. суха горивна камера, при които 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. Важна особеност при тази конструкция е фактът, че за да работи котелът в нискотемпературен режим, е необходимо да се изключи възможността за кондензация на водните пари в димните газове.

Друго конструктивно решение, характерно за нискотемпературните котли, са моделите с 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. Когато котелът работи в нискотемпературен режим, т.е. с по-ниска температура на топлоносителя, температурата на вътрешната тръба винаги е по-висока с 15 до 20 градуса Целзий в сравнение с температурата 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 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 вода се разчита на гравитационното налягане. В нискотемпературните котли с подобна конструкция се формират 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.

Характерни специфики на котлите

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 топлообменните повърхности. Нискотемпературните котли са предпочитано решение и поради по-малката консумация на гориво в сравнение с обикновените модели.

Използването на нискотемпературни котли обаче 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. Съществуват и други ограничения в работата на котлите в нискотемпературен режим, свързани с външната температура.

За отопление на големи помещения през последните години у нас се наложи използването на различни видове лъчисти нагреватели.

Инфрачервени излъчватели

Отоплителните системи с инфрачервени излъчватели са подходящи за отопляване на помещения, в които не се отделя органичен прах или пожароопасни аерозоли. Препоръчват се за сгради с недобра топлинна изолация и за отопление на отделни зони в неотоплявани помещения. Не се допуска монтиране на инфрачервени излъчватели в помещения с повишена пожароопасност и в помещения, в които се намират материали, които под въздействието на инфрачервената радиация изменят свойствата си. За разлика от котелните инсталации, инфрачервените излъчватели са лъчисти нагреватели, които не разчитат на конвекцията на въздуха, за да отопляват даденото помещение. Те загряват директно хората в отопляваните зони, без да нагряват въздуха.

Основни елементи на системата са газови излъчватели, разпределителна газопроводна мрежа и комплекс автоматика за запалване, контрол и обезопасяване на горивния процес. При топлотехническото оразмеряване на системата се определят мощността, броят и разположението на излъчвателите. Местата за монтаж, височината на окачване и ориентацията се избира с оглед постигане на равномерно облъчване на пода. Счита се, че най-добри технически резултати се постигат при инсталирането им в интервала от 5 до 20 метра над отопляваната повърхност.

За свързване на отделните излъчватели към разпределителната мрежа от стоманени или медни тръби се използват твърди или гъвкави връзки. Препоръчително е структуриране на разпределителната мрежа в отделни клонове, позволяващи едновременно изключване на група излъчватели. В приложения, в които съществуват технически или икономически пречки пред изграждане на система за дистанционно изключване на всеки излъчвател, се препоръчва разделянето им в няколко групи, най-малко две с относителна мощност 30% и 70% спрямо сумарната. Тръбите се оразмеряват според максималния разход на газ.

Отоплителните системи, изградени на базата на инфрачервени излъчватели, се отличават с редица предимства - малка топлинна инерционност, възможност за експлоатация в

режим на общо или зоново отопление

икономична експлоатация, възможност за отопление на открити площадки или конкретни зони, в неотоплявани помещения с голяма височина, висока надеждност и лесна поддръжка. Коефициентът на полезно действие на системите с инфрачервени газови излъчватели достига 90-95%.

Недостатъците им се свеждат до високата температура на излъчващата плоча, необходимостта от вентилация за отвеждане на отпадните продукти от горенето.

Газовите инфрачервени излъчватели представляват разновидност на инжекционните горелки, оразмерени за коефициент на излишък на въздуха a = 1.05. Някои производители ги наричат още светли газови излъчватели. При тях се реализира безпламъчно изгаряне с голямо топлинно натоварване, а основната част от топлината се излъчва в околната среда с дължина на вълните от 2.5 до 6 микрометра. Горивото обикновено е природен газ.

Принципът им на работа се базира на изгаряне на хомогенна горивна смес, съставена от въздух и природен газ, върху излъчваща плоча. Хомогенизирането на сместа е в ежектора на горелката, а преминалата през отворите на плочата горивна смес изгаря на повърхността й в тънък слой. В процеса на изгаряне повърхностната температура на плочата се повишава до 850-1200 °С. В повечето случаи излъчващата плоча представлява керамично перфорирано тяло. Използват се също порести керамични тела, пакет от метална мрежа, каталитични плочи. Диаметърът на отворите се избира в зависимост от състава на горивото и специфичната повърхностна топлинна мощност.

Основни елементи на излъчвателя

Основни елементи на един светъл излъчвател са - смесител, огнеупорна плоча, отражател и запалителна система с вградена защита. Базови елементи от смесителя въздух-газ са тръба на Вентури и газов инжектор. Скоростта на газовия поток създава вакуум, в резултат на който газта се всмуква във въздуха, подаван с цел поддържане на горенето. След тръбата на Вентури горивната смес са подава в специална камера, откъдето са разпространява равномерно върху цялата повърхност на огнеупорната плоча. Конструктивно огнеупорната плоча обикновено представлява съставна конструкция, изградена от малки плочи, разположени близо една до друга. Отделните плочи се свързват с гъвкави съединения и се монтират към обща метална рамка. Предлагат са също огнеупорни плочи от неръждаема стомана и керамика, както и конструкции, позволяващи допълнително разширение. Отражателите обикновено се изработват от полиран алуминий или стомана, а основното му предназначение е да насочва топлината към пода на отопляваното помещение. В повечето конструкции лъчисти отоплители запалителният механизъм е автоматичен, а за да се осигури безопасна работа на системата, в конструкцията на излъчвателя се вгражда и електронен пламъчен детектор.