Основи конструювання цегляних печей з котлами водяного опалення (котлів) і не тільки. Частина ІІ

Початок в статті 1

У твердопаливних котлах постійної дії це питання можна вирішити наступним чином. Тепло, що поступає в ковпак розподіляється між стінками ковпака і водяним теплообмінником. При тривалій топці, температура стінок ковпака і газового середовища вирівнюються, і теплообмін відбувається практично тільки за рахунок водяного теплообмінника.

Регулювання подачі тепла в систему водяного опалення може відбуватися за рахунок зміни:

1. Потужності горіння.

2. Швидкості циркуляції теплоносія.

3. Перерозподілу шляху руху газового потоку.

У першому випадку, при зменшенні подачі повітря в паливник, відбувається зниження потужності котла при зниженні його ККД, що не бажано. Надлишку тепла в цьому випадку в котлі не виходить. По-іншому відбувається процес при регулюванні швидкості циркуляції теплоносія. При збільшенні швидкості циркуляції теплоносія, зменшується подача тепла в систему водяного опалення. При цьому не відбувається зниження ККД котла працюючого на повну потужність, але в котлі з'являється надлишок тепла, який потрібно використовувати.

Надлишок тепла пропонується акумулювати за схемою наведеною на Fig. 3. З лівого боку осі Е, показаний котел постійної дії Fig.2., Позначений буквою С. З правого боку показана система за схемою "одно-двох'ярусний ковпак" D, що використовує надлишок тепла. Позначення на схемі наступні: 1 - вихід відпрацьованих газів, 2 - тіло сприймає надлишок тепла, 3 - канал прямого ходу, 4 - засувка прямого ходу, 5 - датчик температури, 6 - датчик складу виходять через трубу газів.

Принцип роботи цієї схеми наступний:
Датчик 6, в залежності складу вихідних газів, впливає на виконавчий механізм калорифера системи регенерації 6 і оптимізує подачу повітря, необхідного для горіння. Датчик 5, залежно від температури вихідних з труби газів, впливає на виконавчий механізм засувки 4, відкриваючи або закриваючи її. При рівності споживаного і вироблюваного тепла, гарячі гази з котла через отвір 1, по каналу і через відкриту засувку 4 виходять у трубу. При надлишку тепла, засувка 4 закрита, і гарячі гази надходять в теплоаккумулятор D. При підвищенні температури теплоносія в системі водяного опалення, щоб уникнути закипання води, слід провести автоматичний перерозподіл шляху газового потоку (за рахунок зміни розрядження в системах). Направивши його деяку частину безпосередньо в акумулюючі систему D.

Використання акумульованого тепла в даній статті не розглядається. Варто тільки відзначити, що призначення конвективної системи D аналогічне схемі показаної на Fig.1 і Fig.2. За такою схемою можна використовувати тепло вихідних газів від технологічних процесів, наприклад нагрівальних печей і пр.

Побудовані за схемою показаною на Fig.2. котли, навіть без використання регенеративної технології показують дивовижні результати. У подвір'ї Монастиря на Ганіною ямі в споруджуваному трьох поверховому Храмі в грудні 2003 року був запущений дров'яний котел, який опалює два поверхи, в якому велися будівельні роботи. У даному котлі була застосована регенеративна технологія з різних причин. Перекриття між поверхами, виконані із плит з круглими пустотами, були не утеплені. Третій поверх не мав даху і на перекритті другого поверху, закритого плівкою, лежав сніг. Деякі вікна та двері були закриті поліетиленовою плівкою. Приміщення котельні було не утепленим, сам котел не мав теплоізоляції.


У цих умовах котел топили цілодобово щойно поваленими сирими НЕ рубаними дровами діаметром до 25 см, так як сухі були не заготовлені. Температура на першому поверсі була +12, на другому +15 градусів, стіни і стелі мали температуру +10, при зовнішній температурі -16 градусів. Температура зовнішніх стінок казана доходила до 130 градусів. Люди, обслуговуючі котел вражені його характеристиками. Після 15 днів постійної роботи котла, отримали одне відро попелу. Для досвіду в топку кидали товстий гумовий шланг, але вони не отримували темний дим. З труби виходить білий пар! При зупинці котла на 12 годин, температура теплоносія знизилася всього на 20 градусів, при не утепленому котлі і підвищеної тепловіддачі батарей.

Правила обв'язки котлів.

Рух теплоносія в регістрі має відбуватися назустріч тепловому потоку. Тобто найбільш холодна вода контактує з найбільш холодними газами. Далі, при русі по регістру вода нагрівається і контактує з усе більш нагрітими газами. При такому зустрічному русі теплоносія і газів (теплових потоків), між ними зберігається різниця температур, необхідна для передачі теплоти, а так само знижується ймовірність випадання водяної пари, через які відбувається іржавіння труб. Це особливо важливо, якщо паливом є дрова, що містять багато водяної пари.

Такий рух теплоносія і газів називають протитечією. Слід зазначити, що в системі вільного руху газів (при розміщенні регістрів котла в ковпаку), при правильно сконструйованих і обв'язаних регістрах, і природному русі теплоносія (без насоса) ця умова виконується за рахунок природних сил природи, не вимагає зовнішнього впливу, а значить природно і оптимально. При примусової циркуляції теплоносія за рахунок насоса, швидкість теплоносія потрібно приймати мінімально можливою.

Обв'язка повинна забезпечувати можливість періодичного зливу теплоносія з регістрів без зливу системи. Це необхідно для періодичного випалювання сухих труб регістра від сажі, в тому числі через чистку в ковпаку. У котлах необхідно встановлювати автоматику регулювання температури нагріву води на виході. Сенс її полягає в організації руху води по малому колу (пряма - зворотна труба) до досягнення температури нагріву води на виході до значення 45-55 градусів оС, після чого вода направляється по великому колу. В іншому випадку можливе випадання на регістрах конденсату і погіршення роботи котла.

При відсутності приладів автоматики можна закільцювати по малому колу пряму і зворотну трубу перемичкою з труби Д = 1 дюйм з регулювальним вентилем. Затоплюють котел з відкритим вентилем. По досягненню температури теплоносія до зазначених меж вентиль поступово закривають, не допускаючи підвищення його температури вище верхньої межі. При застосуванні в котлі двох і більше регістрів, виходи їх об'єднують в одну трубу.

При природній циркуляції теплоносія і пристрої теплих підлог необхідно передбачати влаштування на обвідній зворотній трубі шунтуючого насоса з малою швидкістю теплоносія. При цьому на трубі передбачати встановлення вимикаючих вентилів. Проектування і монтаж систем водяного опалення повинні виконувати спеціалізовані проектні та монтажні організації.

В даний час, Держбудом Росії, рекомендуються до будівництва печі з вбудованим котлом водяного опалення та гарячого водопостачання, а так само котли, у яких теплосприймаючі частина розташована в зоні горіння. Те ж можна сказати і про котли, що використовуються в котельнях комунальної енергетики. Подібні печі та котли мають деякі істотні недоліки, які важко компенсувати через недосконалість застосовуваної вже кілька століть конвективної системи газооборотов. У них використовується принцип примусового руху гарячих газів. Їх конвективна система складається з послідовних, паралельних або комбіновано розташованих каналів.

Система володіє великим опором газового потоку, обмежена за формою і об'ємом, не рівномірно і не оптимально зберігає і віддає тепло. У канали не можна вставити корисне тіло, наприклад котел опалення. Для цих цілей можна використовувати тільки топковий простір. У цьому випадку змінюється функціональне призначення топливника, в якому з'являється холодне ядро, котре знижує температуру в паливнику і значно знижує ККД вилучення енергії палива.

Система конструювання джерела теплової енергії має неймовірну гнучкість та дозволяє проектувати і будувати багатофункціональні котли та печі будь-якого розміру і форми, з новими властивостями і функціями. За такою схемою конструюються енергоустановки будь-якого призначення. У ковпак легко можуть бути встановлені електричні нагрівачі, калорифер повітряного опалення, парогенератор, плита або духова шафа для приготування їжі, духовка для нагрівання каменів, технологічні матеріали для теплової обробки і т.п. За такою схемою може бути сконструйований паровий котел. Дана теорія може бути застосовна до систем, що працюють на всіх видах палива. Система дає можливість застосування високих технологій в печах, автоматизувати завантаження палива, процеси згоряння палива та регулювання тепловіддачі. Вважаємо цей напрямок розвитку системи джерела теплової енергії перспективним, що відповідає вимогам енергозбереження та кон'юнктурі ринку.

Слід відзначити високу суспільну значимістьданої  роботи, яка дозволяє використовувати дешеве місцеве доповнююче паливо і здійснити реальне енергозбереження паливних ресурсів, а так само те, що впровадження її не вимагає великих бюджетних коштів, так як здійснюється методом "сам буд". Труднощі впровадження я бачу в низької інвестиційної привабливості проекту.

Сьогодні, для розвитку такої системи джерела теплової енергії, потрібно продовжити роботи з автоматизації завантаження палива та оптимізації процесу спалювання палива. Потрібно проведення лабораторних випробувань.