Поверхностно-контактные водонагреватели (ПКВ) представляют собой аппараты контактного типа, где продукты сгорания, сжигаемого в ПКВ топлива, непосредственно контактируют с нагреваемой водой. Контакт осуществляется в слое специальной насадки, орошаемой водой через распредустройство. Слой насадки служит для создания максимальной площади контакта между газами и водой. Аппараты работают под избыточным давлением (наддувом) воздуха, подаваемого вентилятором.
Основное применение ПКВ – использование их в качестве генераторов тепла для автономных сетей отопления и горячего водоснабжения. В этом качестве ПКВ являются хорошей альтернативой традиционным водогрейным котлам, обычно используемым в отопительных котельных.
По сравнению с котлами, ПКВ имеют ряд неоспоримых преимуществ. Это прежде всего – экономичность, компактность и надежность.
При контактном способе нагрева воды не используется система нагревательных труб, что значительно сокращает габариты и металлоемкость установки. С другой стороны, контактный способ позволяет без усложнения конструкции достичь глубокого охлаждения дымовых газов и даже более низкой температуры, чем точка росы влаги, входящей в их состав. Последнее немаловажно, поскольку резко повышает к.п.д. установки (см. рис.2).
Объясняется это тем, что при горении водород топлива, взаимодействуя с кислородом образует водяной пар.1 Скрытая теплота парообразования этого количества пара составляет примерно 12% от Qрн – низшей теплотворной способности топлива.2 Обычные отопительные котлы полностью теряют это тепло, а также тепло парообразования той влаги, что поступает в котел с воздухом, так как имеют температуру уходящих газов 115-1250С. Однако, при определении к.п.д. котла эти потери условно не учитываются. Учитываются только "явные потери", определяемые количеством, температурой и теплоемкостью уходящих газов, а также теплопередачей от поверхности котла в окружающую среду — всего примерно 7% от Qрн. Действительные же потери тепла с уходящими газами составят сумму "явных" и "скрытых" потерь, т.е. примерно 19%. Понижение температуры уходящих газов в ПКВ, например, до 500С приведет к частичной конденсации содержавшейся в них влаги (см. рис.2) и, следовательно, к возврату 4% тепла топлива, т.е. к возврату тепла конденсации (парообразования) этого количества влаги.
|
Суммарное приращение к.п.д. ПКВ3 по сравнению с обычными водогрейными котлами складывается из следующих составляющих (см. рис.2,3):
- снижение теплопотерь в окружающую среду (за счет конструкции и уменьшения габаритов установки) – 0,5%;
- уменьшение потерь тепла, определяемых снижением температуры уходящих газов и уменьшением их количества – 3,5%;
- уменьшение потерь тепла, определяемых частичной конденсацией влаги дымовых газов – 4%.
|
 |
Итого, суммарное приращение к.п.д.составит: 0,5+3,5+4= 8%.
Надежность ПКВ объясняется как простотой его конструкции, так и тем обстоятельством, что вода в аппарате нагревается при атмосферном давлении.4
Имеется и ряд других преимуществ:
- естественная деаэрация в ПКВ нагреваемой воды;
- возможность использования водопроводной и даже артезианской воды (без дополнительной обработки);
- возможность самоочистки рабочих поверхностей от отложения накипи;
- стабильно высокий к.п.д. во всем диапазоне рабочих нагрузок;
- пополнение неизбежных потерь воды в системе установки за счет сконденсированной влаги;
- низкая инертность (как следствие низкой металлоемкости), что позволяет в считанные минуты вывести котел из холодного состояния на номинальную теплопроизводительность, а также более оперативно реагировать на колебания нагрузки в теплосети;
- уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
Перечисленные преимущества позволяют снизить общую стоимость котельной, выполненной на базе ПКВ (по сравнению с котлами), существенно увеличив при этом надежность, безопасность и экономичность ее эксплуатации.
Условия экономичной работы ПКВ
Экономичность ПКВ, в отличии от водогрейных котлов, практически не зависит от тепловой нагрузки, но зависит от температуры воды, подаваемой в аппарат. Чем ниже начальная температура воды, тем ниже температура уходящих газов и тем выше к.п.д. установки. Так, при температурах питательной воды 45, 35, 250С и, соответственно, уходящих газов — 50, 40, 300С, к.п.д. ПКВ, подсчитанное по Qрн, составит — 101; 105,5; 108%.5
Наиболее экономично и стабильно ПКВ работают в системе горячего водоснабжения, так как исходная вода здесь имеет достаточно низкую температуру. При использовании в отопительной системе экономичность ПКВ определяется в основном температурой обратной воды. При внедрении ПКВ в существующую отопительную сеть для достижения наилучшего результата желательно предварительно провести реконструкцию и переналадку самой сети.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПКВ:
| 1. Мощность установки, МВт |
0,5 |
0,9 |
2,6 |
| 2. Топливо |
природный газ |
| 3. Расход топлива на 1 Гкал тепла, м3 (при Qрн=8300 ккал/м3) |
115 |
| 4. Расход нагреваемой воды, м3/час |
12 |
22 |
60 |
| 5. Установленная электрическая мощность, кВт |
3 |
5 |
12 |
| 6. Максимальная температура горячей воды, 0С |
85 |
| 7. Температура обратной воды, 0С |
45-50 |
| 8. Температура уходящих газов, 0С |
50-55 |
| 9. Режим работы |
автоматический |
| 10. Габаритные размеры, м: |
длина |
1,6 |
2,2 |
3,0 |
| ширина |
0,8 |
1,1 |
1,8 |
| высота |
2,0 |
2,3 |
2,6 |
___________________________
1 При сгорании 1м3 природного газа образуется в среднем 1,6 кг водяного пара.
2 Еще в СССР при определении к.п.д. котлов за 100% принята Qрн. Высшая же теплотворная способность топлива Qрв учитывает скрытую теплоту парообразования. Для природного газа Qрв равна приблизительно 1,12 Qрн.
3 Приведенный пример сравнения более характерен для режима работы ПКВ в системе отопительной сети.
4 По этой причине ПКВ не подлежит регистрации в органах котлонадзора.
5 К.п.д. современного водогрейного котла составляет примерно 93%.
