Поверхнево-контактні водонагрівачі (ПКВ) є апаратами контактного типу, де продукти згорання палива, що спалюється в ПКВ, контактують безпосередньо з водою, що нагрівається. Контакт здійснюється в шарі спеціальної насадки, що зрошується водою через розподільчий пристрій. Шар насадки служить для створення максимальної площі контакту між газами і водою. Апарати працюють під надмірним тиском (наддувом) повітря, що подається вентилятором.
Основне застосування ПКВ – використання їх у якості генераторів тепла для автономних мереж опалювання і гарячого водопостачання. У цій якості ПКВ є хорошою альтернативою традиційним водогрійним котлам.
В порівнянні з котлами, ПКВ мають ряд незаперечних переваг. Це перш за все – економічність, компактність і надійність.
При контактному способі нагрівання води не використовується система нагрівальних труб, що значно скорочує габарити і металоємність установки. З іншого боку, контактний спосіб дозволяє без ускладнення конструкції досягти глибокого охолодження димових газів і навіть нижчої температури, ніж точка роси вологи, що входить до їх складу. Останнє важливо, оскільки різко підвищує к.к.д. установки (див. мал.2).
Пояснюється це тим, що при горінні, водень палива взаємодіючи з киснем утворює водяну пару.1 Прихована теплота паротворення цієї кількості пари складає приблизно 12% від Qрн – нижчої теплотворної спроможністі палива.2 Звичайні опалювальні котли повністю втрачають це тепло, а також тепло паротворення тієї вологи, що поступає в котел з повітрям, оскільки мають температуру димових газів за котлом 115-1250С. Проте, при визначенні к.к.д. котла ці втрати умовно не враховуються. Враховуються тільки "явні втрати", що визначаються кількістю, температурою і теплоємністю димових газів за котлом, а також тепловіддачею поверхні котла у навколишнє середовище — всього, приблизно 7% від Qрн. Дійсні ж втрати тепла з димовими газами, складуть суму "явних" і "прихованих" втрат, тобто приблизно 19 %. Пониження температури димових газів за установкою в ПКВ, наприклад, до 500С приведе до часткової конденсації вологи (див. мал.2), димових газів і, отже, до повернення 4% тепла палива, тобто до повернення тепла конденсації (паротворення) цієї кількості вологи.
|
Сумарний приріст к.к.д. ПКВ3 у порівнянні із звичайними водогрійними котлами складаєтся з наступних складових (див. мал.2,3):
- зниження тепловтрат у навколишнє середовище (за рахунок конструкції і зменшення габаритів установки) – 0,5%;
- зменшення втрат тепла, що визначаються зниженням температури димових газів і зменшенням їх кількості – 3,5%;
- зменшення втрат тепла, що визначаються частковою конденсацією вологи димових газів – 4%.
|
 |
Разом, сумарний приріст к.к.д.составить: 0,5+3,5+4= 8%.
Надійність ПКВ пояснюється як простотою його конструкції, так і тією обставиною, що вода в апараті нагрівається при атмосферному тиску.4
Є і ряд інших переваг:
- природна деаерація в ПКВ води, що нагрівається;
- можливість використання водопровідної і навіть артезіанської води (без додаткової обробки);
- можливість самоочищення робочих поверхонь від відкладення накипу;
- стабільно високий к.к.д. у всьому діапазоні робочих навантажень;
- поповнення неминучих втрат води в системі установки за рахунок зконденсованої вологи;
- низька інертність (як наслідок низької металоємності), що дозволяє в лічені хвилини вивести ПКВ з холодного стану на номінальну теплопродуктивність, а також більш оперативно реагувати на коливання навантаження в тепломережі.
Перелічені переваги дозволяють знизити загальну вартість котельні виконаної на базі ПКВ (у порівнянні з котлами), істотно збільшивши при цьому надійність, безпечність і економічність її експлуатації.
Умови економічної роботи ПКВ
Економічність ПКВ на відміну від водогріних котлів практично не залежить від теплового навантаження, але залежить від температури тієї води, що подається в апарат. Чим нижча початкова температура води, тим нижча температура відпрацьованих димових газів і тим вищий к.к.д. установки. Тож, при температурах живильної води 45, 35, 250С і, відповідно, димових газів за установкою — 50, 40, 300С, к.к.д. ПКВ, визначене по відношенню до Qрн, відповідно становитиме — 101; 105,5; 108%.5
Найбільш економічно і стабільно ПКВ працюють в системі гарячого водопостачання, оскільки початкова вода тут має достатньо низьку температуру. При використанні в опалювальній мережі економічність ПКВ визначається в основному температурою зворотної води. При впровадженні ПКВ в існуючу опалювальну мережу для досягнення якнайкращого результату бажано заздалегідь провести реконструкцію і переналагодження самої мережі.
ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПКВ:
| 1. Потужність установки, МВт |
0,5 |
0,9 |
2,6 |
| 2. Паливо |
природний газ |
| 3. Витрата палива на 1 Гкал тепла, м3 (при Qрн=8300 ккал/м3) |
115 |
| 4. Витрата води, що нагрівається, м3/час |
12 |
22 |
60 |
| 5. Встановлена електрична потужність, кВт |
3 |
5 |
12 |
| 6. Максимальна температура гарячої води, 0С |
85 |
| 7. Температура зворотної води, 0С |
45-50 |
| 8. Температура димових газів за установкою, 0С |
50-55 |
| 9. Режим роботи |
автоматичний |
| 10. Габаритні розміри, м: |
довжина |
1,6 |
2,2 |
3,0 |
| ширина |
0,8 |
1,1 |
1,8 |
| висота |
2,0 |
2,3 |
2,6 |
___________________________
1 При згоранні 1м3 природного газу утворюється в середньому 1,6 кг водяної пари.
2 Ще в СРСР при визначенні к.к.д. котлів за 100% прийнята Qрн. Вища ж теплотворна здатність палива Qрв ураховує сховану теплоту паротворення. Для природного газу Qрв дорівнює приблизно 1,12 Qрн.
3 Наведений приклад порівняння більше характерний для режиму роботи ПКВ у системі опалювальної мережі.
4 Із цієї причини ПКВ не підлягає реєстрації в органах котлонагляду.
5 К.к.д. сучасного водогрійного котла становить приблизно 93%.
