Назначение котлового теплообменного аппарата
Теплообменник – базисный эксплуатационный компонент котельного оборудования, передающий тепло, принятое в результате горения магистрального газообразного топлива. Он располагается около горелочного устройства.
Стенки прибора выполняются из металла, обладающего хорошим коэффициентом теплопередачи. Жидкостный теплоноситель, омывает поверхность нагрева теплообменника нагревается до температуры 65-95 С и поступает во внутридомовую сеть отопления.
Движение теплоносителя к батареям отопления происходит естественным путем, за счет температурной разности нагретого и остывшего теплоносителя или принудительным способом, с использованием центробежного насоса. Проходя через систему отопительных приборов, остывший теплоноситель возвращается к котлу для следующего цикла нагрева
В современных энергоэффективных котлоагрегатах наиболее распространены пластинчатые конструкции. В них нержавеющие пластины надежно спаяны друг с другом по точкам соприкосновения и по краям.
Предпочтительным материалом для пайки в таких конструкциях применяемся медь. Конструкция предотвращает процессы накипеобразования и коррозию на поверхности нагрева котла. Тем самым обеспечивается экономичность работы котлоагрегата с высоким КПД.
Смесительные теплообменные аппараты
В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.
Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока — на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.
Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.
По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:
1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);
2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).
По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).
Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350…550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.
Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.
Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.
Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: а — каскадный теплообменник; б —барботажный; в — полый с разбрызгивателем; г — струйный; д — насадочная колонна: 1 — контактная камера; 2 — насадка; 3 — штуцер для входа газа; 4 — патрубок для подачи жидкости; 5 — штуцер для удаления газа; 6 — спускной штуцер для жидкости; 7 — распылительное устройство; 8 — распределительная тарелка; 9 — решетка
Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.
Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.
Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.
Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.
Устройство и принцип работы
Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.
Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.
Схема работы теплообменника
Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.
Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.
Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.
Теплообменник включается между двумя контурами:
- Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
- К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.
Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.
Основные характеристики пластинчатого теплообменника:
- Мощность, Вт;
- Максимальная температура теплоносителя, оС;
- Пропускная способность, производительность, литры/час;
- Коэффициент гидравлического сопротивления.
Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.
Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.
Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.
Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.
Именно по этим параметрам подбирается в итоге теплообменник для конкретной ситуации. Чаще всего пластинчатые теплообменники имеют разборную конструкцию, в которой можно наращивать или уменьшать число пластин и выбирать их тип и размер. Мощность и производительность теплообменника должно хватать для того, чтобы нагреть проточную холодную воду, и при этом не создать критической нагрузки на систему отопления.
Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.
Типы пластинчатых теплообменников
Устройства для переноса тепла между нагретой и холодной средой подразделяются на следующие типы в зависимости от схемы передвижения теплоносителей:
1. Одноходовые пластинчатые аппараты, в которых среда перемещается постоянно по одной и той же траектории. При этом теплоноситель проходит по всей длине устройства. Еще в таких аппаратах среды всегда движутся в противоположных направлениях. Это является их основной отличительной чертой.
2. Многоходовые пластинчатые аппараты, рекомендованные для использования на тех объектах, где требуется достичь незначительной разницы температуры между греющей и нагреваемой жидкостью. У этих устройств патрубки находятся не только спереди на неподвижной части, но и с торца на нажимной плите. В устройствах данного типа потоки сред способны менять направления движения. Это может происходить в нескольких или исключительно в одном ходу. Многоходовые устройства передачи тепла оснащаются по одному входному и выходному отверстию.
3. Многоконтурные пластинчатые аппараты, имеющие в своей конструкции независимые контуры в количестве 2 штук. Они располагаются на одной стороне. Применяются такие устройства в тех случаях, когда нужно создать двухэтапные условия охлаждения или прогрева теплоносителя. Еще данные теплообменники позволяют эффективно выполнять регулирование тепловой мощности.
Однако на этом классификация пластинчатых теплообменников не заканчивается. Они еще подразделяются в зависимости от легкости доступа к устройствам, так как их поверхности необходимо не только постоянно чистить механическим способом, но и просто осматривать.
Производители создают три разновидности теплообменников пластинчатого типа:
1. Разборные устройства, имеющие минимально возможные размеры. Данные аппараты очень просто обслуживаются. Их гофрированные пластины и все каналы при необходимости имеется возможность без затруднения очистить. При этом конструкция таких теплообменников позволяет изменять число, и даже тип гофрированных пластин. В результате появляется возможность уменьшить или увеличить мощность отдельно взятого аппарата. Если же возникает утечка теплоносителя, то в этом случае исправить поломку тоже не составляет никакого труда, так как можно выполнить быструю замену уплотнительного элемента или пластины.
2. Полусварные устройства, к которым еще относятся полуразборные аппараты. Такие теплообменники состоят из нескольких модулей, изготовленных при помощи сварки. В состав каждого из них входит две гофрированные пластины. Для их сварки между собой используются лазерные аппараты. Из данных модулей собирается единый пакет. Для этого применяются торцевые пластины и болты, с помощью которых они стягиваются. Эти теплообменники используются в тех случаях, когда какой-нибудь теплоноситель имеет повышенное давление или температуру. Еще аппараты данного вида применяются для нагрева или охлаждения опасных сред.
3. Неразборные устройства, которыми являются теплообменники, изготовленные при помощи пайки. Они состоят из определенного количества гофрированных плит из нержавейки. Данные элементы соединяются между собой методом пайки. Этот процесс осуществляется в вакууме. При этом еще используется припой из никеля или меди. Такие теплообменники отличаются повышенной надежностью, небольшими габаритами и легкой установкой. Неразборные устройства способны самостоятельно очищать свои каналы, так как в них присутствует высокая турбулизация потока среды. Кроме того, они дают хороший экономический эффект. Используются данные аппараты в теплоснабжении, где с их помощью осуществляется нагрев воды.
Все вышеперечисленные теплообменники пластинчатого типа создаются из тонколистового металла. Минимальное количество пластин в одном аппарате обычно составляет 7 штук. Их максимальное число может быть любым, так как практически ничем не ограничивается. При этом самая большая температура нагревающей среды не превышает 150 градусов. В то же время максимальное давление составляет 9,8 бар. На количество теплоносителя, который проходит через теплообменник, влияют его габариты.
Основная функция теплообменника для котла
В теплообменнике происходит нагревание воды, которая циркулирует в системе и передает тепло радиаторам На горелку котла подают газ и воздух для сжигания. Газ горит, выделяя тепло, продукты сгорания выводятся вовне. Источник тепла в этом случае – элемент неподвижный.
Теплоноситель – вода или антифриз – поступает в теплообменник. Это устройство, которое обеспечивает теплообмен между двумя средами с разной температурой. Последний размещается в камере сгорания над горелкой. Вода, двигаясь по теплообменнику, нагревается и подается в трубы отопления. Чаще всего устройство имеет вид набора пластин или трубок. Чем больше его рабочая поверхность, тем лучше и быстрее нагревается вода.
Принцип действия
В таком аппарате происходит сразу несколько процессов: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность. Теплообменник функционирует следующим образом:
- через отверстия в передней и задней плитах устройства из труб поступает тепло внутрь теплообменного аппарата;
- пристенный слой на большой скорости подачи тепла запускает процесс, который принято называть турбулентностью. Иными словами, происходит обмен сферами по разным сторонам пластины;
- те пластины, которые расположены параллельно относительно друг друга, образовывают специальные коридоры – рабочие каналы. Они позволяют средам непосредственно производить тепловой обмен.
Существует два принципа перемещения тепла по теплообменнику:
- многоходовой: предусматривает движения по одинаковому количеству каналов;
- одноходовой: потоки сразу выходят за пределы теплообменника, без повторного цикла.
На мощность оборудования влияет в первую очередь количество пластин. Чем их больше – тем и устройство работает мощнее. Нельзя забывать об установке очистительного фильтра и регулярной профилактике оборудования, чтобы продлить срок эксплуатации.
Первичный, вторичный и битермический аппараты
Первичный теплообменник выглядит, как большая труба с изгибами в виде змеевика. Для производства используются материалы, неподверженные коррозии — нержавейка, медь. Пластины агрегата имеют разный размер. Чтобы повысить защиту от коррозии, рабочие поверхности окрашивают. Теплообменник передает энергию газа теплоносителю. Показатель мощности зависит от числа ребер и длины трубы. Ухудшить работу могут грязь и копоть снаружи и солевые отложения изнутри. Внешние и внутренние факторы провоцируют нарушение циркуляции теплоносителя и снижают теплопроводность стенок агрегата. Чтобы продлить срок службы котла, требуется регулярная очистка и промывка. Желательно купить фильтры.
Вторичный теплообменник котла на газе оснащен соединенными между собой пластинами из нержавейки. Эффективность работы устройства обеспечена хорошей теплопроводностью и размерам участка теплообмена. Энергия в таком теплообменники передается от жидкости к теплоносителю. Мощность устройства зависит от числа пластин и площади теплообмена.
Битермический двухконтурный теплообменник работает по принципу двойного обмена тепла: газ нагревает теплоноситель, а он передает температуру воде. Снаружи в трубе греется вода для отопления, а внутри подогревается вода для бытовых нужд. Совмещенный теплообменник для двухконтурного газового котла обладает упрощенной конструкцией. Нет нужды устанавливать трехходовой клапан и вторичный теплообменник, что удешевляет всю конструкцию, не ухудшая надежности. К недостаткам относят малую мощность в режиме горячего водоснабжения.
В каталоге Прайм Энерго представлены агрегаты от ведущих брендов. Наши теплообменники заказывают для промышленных и коммунальных систем, и в каждом случае прислушиваются к рекомендациям инженеров по выбору оборудования и комплектующих. Консультанты детально расскажут о характеристиках представленных теплообменников, приведут сравнительные данные, а если нужно, рассчитают требуемую мощность и другие параметры для конкретного объекта.
Мы предлагаем надежное оборудование по разумным ценам, реализуем теплообменники собственной сборки, являемся официальными представителями Ares, Sondex, FUNKE. Достаточно отправить заявку, чтобы получить расчет или выгодное коммерческое предложение. Если есть вопросы по срокам доставки и характеристикам оборудования, свяжитесь с нашими специалистами.
голоса
Рейтинг статьи
Схема
По схеме работы теплообменники делят на две разновидности:
- одноходовые;
- многоходовые.
Одноходовый теплообменник устроен так, что каждая среда протекает через щелевые каналы один раз. После этого жидкость поступает в сборный коллектор и оттуда — в трубопровод. При таком исполнении все присоединительные патрубки находятся с одной стороны устройства — на неподвижной плите. Подвижную плиту можно двигать как угодно, так что разбирать теплообменник для обслуживания и ремонта ничто не мешает.
Чертеж пластинчатого теплообменника
Многоходовая схема применяется в тех случаях, когда в греющей среде после одного прохода остается еще много тепла. Такое наблюдается, если:
- пластины имеют маленькую площадь либо в кассете их установлено малое количество;
- расходы двух сред очень сильно отличаются;
- разность температур греющей и нагреваемой среды невелика, поэтому теплообмен протекает с низкой интенсивностью.
В кассету многоходового пластинчатого теплообменника добавляются пластины только с двумя портами, расположенными с одной стороны. Благодаря этому, каждая среда протекает по каналам два раза или более, так что нагреваемая среда усваивает от греющей намного больше тепла, чем при одноходовой схеме.
- теплообменник получается более дорогим;
- увеличивается гидравлическое сопротивление;
- патрубки имеются не только на неподвижной, но и на подвижной плите, что сильно усложняет разборку кассеты.
Из-за этого по возможности стараются применять одноходовую схему, добиваясь высокого теплосъема за счет увеличения площади пластин и их количества.
Материал теплообменников
Выбирать вторичный теплообменник для газового котла следует внимательно, чтобы он смог проработать без сбоев продолжительное время.
Если кран ГВС закрыт, то теплоноситель поступает в первичный отопительный контур. Принцип работы вторичного теплообменника заключается в следующем: при открытии крана горячей воды трехходовый клапан перенаправляет поток теплоносителя с первичного во вторичный контур; холодная вода начинает поступать и смешиваться с нагретой жидкостью, а затем теплой выходит из крана.
Вторичный теплообменник изготавливают из:
Медный теплообменник обладает следующими преимуществами:
- длительный эксплуатационный срок;
- отличная теплопроводность;
- слабая подверженность коррозии.
Недостатком является его дорогая цена.
Стальные теплообменники более распространены, так как имеют следующие плюсы:
- достаточную теплопроводность;
- дешевую стоимость.
Минусом является подверженность стального изделия коррозийным процессам
Однако в данном случае следует обращать внимание на качество материала. Авторитетные производители газовых котлов изготавливают теплообменники из высококачественной конструкционной стали с антикоррозийным покрытием
Такие контуры могут прослужить достаточно долго без поломок.
Обратите внимание! Вторичный теплообменник более подвержен засорению соляными отложениями за счет низкой температуры нагрева 30-60°C. Чтобы избежать появление частых засоров и продлить эксплуатационный срок контура, нужно обязательно поставить фильтр на вход холодной воды
Как подобрать теплообменник ЦТП
При выборе важно обращать внимание на основные технические характеристики оборудования:
Толщина и материал пластин
Чем ниже масса прибора, тем выше коэффициент теплоотдачи
При этом важно ориентироваться на рекомендуемую толщину пластин. В основном она варьируется от 0,4 мм до 0,7 мм, подходящий материал — нержавеющая сталь
Давление
Чем меньше этот показатель, тем ниже стоимость агрегата. Чтобы не наблюдалось сбоев в системе отопления, требуется обязательно знать это значение и указать его продавцу при приобретении.
Коэффициент передачи тепла
Это один из главных критериев выбора. Он показывает, какую единицу тепла способно передать устройство за определённое время от нагретой среды к холодной через площадь 1 кв. м. и разницу температур 1 К.
Для увеличения теплопередачи требуется меньшее количество пластин. Стоимость у такого теплообменника будет ниже. У оборудования с высокой ценой
Справка! При усилении потока возрастает и потребность в большом количестве чисток за счёт образования отложений.
Рекомендуемый и оптимальный коэффициент тепловой передачи — 7000 Вт/кв. м*К.
Масса
Вес теплообменника напрямую зависит от того, из какого материала он изготовлен. Прежде чем приобретать прибор, требуется определить, сколько места под него есть. При малых площадях лучше воздержаться от крупногабаритного оборудования.
Запас поверхности для теплообмена
У качественного агрегата этот показатель составляет 10—15%, в противном случае его работа не будет эффективной, так как малейший недогрев до установленной температуры или загрязнение приведут к прекращению рабочего процесса.
Помимо вышеуказанных параметров, также стоит учитывать количество тепловых потерь, основные свойства теплоносителя, характеристики труб для обмена теплом.
Типы и материалы
Разновидность теплообменника подбирается исходя из его целевого назначения и применяемого теплоносителя.
Самыми надёжными и долговечными считаются приборы из чугуна. Они не боятся коррозии и обладают высокой теплоёмкостью.
Минусы: крупногабаритность и медленная перестройка под заданное колебание температур. Они занимают достаточно много места.
У стальных агрегатов ощутимее ниже цена, но и уровень эффективности тоже занижен.
Самые распространённые — теплообменники из меди. У них высокий коэффициент теплопроводности, технологичности.
Для увеличения продолжения срока эксплуатации такие приборы с наружной стороны покрываются специальным защитным слоем.
Стальные теплообменники самые дешёвые, подвержены коррозии и имеют большой вес.
Несомненные достоинства двухконтурных газовых котлов
Положительных качеств в эксплуатации и обслуживании котлов подобного типа достаточно:
- Двухконтурные отопительные аппараты, благодаря второму теплообменнику, обеспечивает не только тепло в доме, но и горячую воду в кранах. Поэтому этот вид котлов более востребован среди владельцев частных домов.
- Автоматический датчик, встроенный в корпус прибора, обеспечит надежность и безопасность его работы. При затухании пламени в горелке, термостат блокирует подачу топлива.
- Удобство в эксплуатации.
- Экономичность расходования топлива за счет автоматики.
- Камера сгорания очищается автоматически.
- В корпусе очень часто сразу установлен специальный фильтр для очистки воды, что продлевает эксплуатационный срок котла.
Все эти качества обуславливают привлекательность использования этих приборов в автономных контурах отопления.
Достоинств у двухконтурных аппаратов много, но есть и недостатки:
- Первый, а иногда и решающий при выборе котла — это достаточно высокая цена.
- Крупные габариты, по сравнению с навесными котлами.
Напольные двухконтурные котлы могут иметь внушительные размеры: 200х60х60
Некоторые из двухконтурных котлов необходимо устанавливать в отдельных помещениях в целях безопасности. Это увеличивает расходы на постройку котельной и монтаж оборудования.
Для увеличения эффективности работы котла, в контур отопления встраивают циркуляционный насос
Это особенно важно, если отопительный контур достаточно большой и разветвленный, а также если к нему подключена водяная система отопления пола
