Кондензационни котли

Ефективността на съоръженията, отнесена към долната топлина на изгаряне, надхвърля 100%, уверяват специалисти

Кондензационните котли представляват съвременни отоплителни съоръжения, които все още са сравнително нови и непознати за част от инвеститорите. Въпреки че кондензационната технология е добре позната на топлотехниците, едва през последните години на българския пазар предлагането на такива съоръжения се разшири и обогати като марки и модели. Принципно кондензационните котли са предназначени за работа с газ или течно гориво, но у нас се предлагат основно газови котли. По-високият коефициент на полезно действие, който е основно предимство на кондензационните технологии пред конвенционалните, се дължи на оползотворяваната от тях горна топлина на изгаряне на горивото.

Видове кондензационни котли

Основен признак за класификация на кондензационните котли е топлопроизводителността им. Според този критерий, котлите се разделят в три групи. Първата група обхваща котли с топлинна мощност до 60 kW. Втората - с топлинна мощност до 600 kW, а третата - съоръжения с голяма топлинна мощност - над 600 kW. Масово предлаганите на пазара в страната кондензационни котли са с мощност от 4 до 1000 kW. Редица производители са разработили и кондензационни топлообменници на димни газове. По този начин монтирането на топлообменника след нискотемпературен котел го превръща в кондензационен, уверяват специалисти. Предлаганите кондензационни топлообменници са с мощност от 80 kW до 6600 kW.

Друга основна характеристика на котлите е видът на използваното гориво. Както бе посочено, кондензационните котли работят на природен газ или течно гориво. Конструктивните различия между кондензационните котли за течно гориво и газ не са съществени. Въпреки това, всеки кондензационен котел е проектиран за работа или с газ, или с течно гориво.

Друг признак за класификация на котлите е видът на използваното горивно устройство. На базата на този признак кондензационните котли се разделят в няколко групи, сред които с горелка с вентилатор, при които въздухът се засмуква от помещението или отвън, с променлива скорост на вентилатора или с модулиране на количеството гориво. Други характеристики на кондензационните котли са използваната конструктивна схема на топлообменните повърхности, траекторията на димните газове и други. Основен признак за класифициране на кондензационните котли е материалът, от който са изработени топлообменните повърхности.

Котлите са с два

топлообменника

Основната конструктивна разлика на кондензационните котли е наличието на два топлообменника, разположени последователно по пътя на димните газове. Обикновено принципните разлики между предлаганите от производителите кондензационни котли са свързани с типа на втория топлообменник. Предназначението му е да охлади отделените при горенето газове под температурата на кондензация на водните пари, т.е. до или под точката на роса, при която водните пари преминават от газообразно в течно състояние. В практиката използваните топлообменници са предимно контактни или повърхностни.

Конструкцията на предлаганите на пазара кондензационни котли е изградена на принципа на противотока, което осигурява бързо охлаждане на димните газове и образуването на конденз. При някои производители подаването на връщащата вода е разделено на две с цел постигане на постоянно ниска температура по топлообменните повърхности. По този начин се постига повишаване на коефициента на използване на горивото.

При някои горивни съоръжения скоростта на вентилатора е константна, а се променя количеството на подаваното гориво в зоната на горене. В процеса на модулация на мощността се изменя съотношението на горивото спрямо въздуха, поради което поддържането на оптимално съотношение между горивото и въздуха е трудно постижимо. По тази причина в някои конструкции кондензационни котли се използва дюза на Лавал и скоростта на вентилатора е променлива, т.е. модулирането на мощността се извършва чрез регулиране на скоростта на вентилатора и респективно чрез количеството на подавания въздух. Посредством дюзата на Лавал количеството на подавания въздух се засмуква пропорционално на количеството гориво, с което се постига автоматично оптимално съотношение между горивото и въздуха. Това е определящо за увеличаването на коефициента на полезно действие на котела минимум с 5%. Според експерти, кондензационни котли, снабдени с този вид горелка, са с гарантиран минимален КПД от 97 - 98% за работния диапазон на натоварване от 30 до 100%.

За изхвърлянето на димните газове се използва димен вентилатор, който да създава надналягане в комина. Приложението му е необходимо, тъй като охлаждането на димните газове до 50 оС води до недостатъчна тяга на комина.

Защо ефективността им е

по-висока?

В сравнение с конвенционалните котли, които имат ефективност обикновено от порядъка на 92%, при кондензационните котли ефективността реално е значително по-висока. Кондензационните котли оползотворяват скритата топлина при кондензацията на водните пари в димните газове. Доказано е, че при изпарението на 1 нормален куб. метър природен газ се отделя около 1 литър вода, която е под формата на водни пари. Също така, в сравнение с традиционно използваните конвенционални котли и дори с нискотемпературните котли за изгаряне на течно гориво и газ, при кондензационните котли се постига много ниска температура на изходящите димни газове.

За да се постигне максимална ефективност на работа на един кондензационен котел, той следва да се разглежда като част от системата за отопление. Основание за високата им ефективност дава фактът, че температурата на димните газове е в пряка зависимост от температурата на връщащата се вода. Обикновено температурата на димните газове е в интервала от 5 до 15 °С над температурата на връщащата се вода. Основна разлика между кондензационните котли, от една страна, и обикновените и нискотемпературните, от друга, е, че при последните температурата на връщащата се вода не трябва да е по-ниска от 60 °С. При кондензационните котли няма подобно ограничение. Причината е в специалните топлообменни повърхности на кондензационните котли, които позволяват образуването на конденз по повърхностите им и по този начин се оползотворява скритата топлинна енергия, съдържаща се във водните пари на димните газове. За сравнение, температурата на изходящите димни газове при съвременните нискотемпературни котли е в интервала 110 - 120 °С. Посочените стойности са осреднени на базата на посочената от производители на кондензационни и нискотемпературни котли производствена ефективност. Следва да се има предвид, че на пазара се предлагат съоръжения, базирани на двете технологии, с производствена ефективност извън описания диапазон на охлаждане на димните газове.

Оползотворяват горната

топлина на изгаряне

При кондензационните котли, както и при останалите котли за газ и течно гориво, изгарянето на горивото е в горивната камера. Принципни конструктивни схеми на нискотемпературен и кондензационен котел са показани на фиг. 1a и б. Необходимият въздух за осъществяване на горивния процес се засмуква отвън или от помещението. Засмукването е чрез вентилатор, като в зависимост от конструкцията на котела се определя откъде ще се засмуква въздухът. В процеса на изгаряне на горивото се отделя т.нар. явна топлина Qд. Разликата е, че при обикновените котли загряването на топлоносителя в топлообменника е вследствие единствено на тази топлина, получена при изгарянето на газа в горивната камера, а при кондензационните котли освен явната топлина се оползотворява и скритата (латентна) топлина Qкн, която е топлината, отделена при кондензацията на съдържащите се в отпадните продукти на горенето водни пари, т.е. при кондензационните котли се оползотворява горната топлина на изгаряне Qг, равна на сумата от Qд и Qкн.

Ефективността на работа на един кондензационен котел зависи от конструктивните специфики, топлинната мощност и експлоатационните режими. Производители на подобни съоръжения уверяват, че ефективността на котела може да достигне 100-109%, отнесена към долната топлина на изгаряне на горивото. Съществено влияние върху ефективността на кондензационните котли оказва видът на горивото и то най-вече съдържанието на водород в него. Теоретичното съдържание на водород в природния газ е около 11%, а при течните горива е около 6%. Следователно, поради по-високото съдържание на водород в природния газ, ефективността на кондензационните котли, захранвани с него е по-висока.

За постигне на максимален коефициент на използване на горивото се препоръчва кондензационните котли да се използват в отоплителни инсталации, работещи с ниски изчислителни температури на топлоносителя, например подово отопление или отопление чрез топловъздушни апарати.

Загуби при кондензационните

котли

Невъзможността да се оползотвори изцяло топлотворността на горивото се дължи на загубите от непълно горене, излъчване и конвекция на околната среда, както и на изхвърлянето на горещите димни газове. Известно е, че коефициентът на полезно действие на всеки котел, включително и на кондензационните, се определя по зависимостта:

hk = Qk/B.Qд = mt.ct.(tв - tи)/B.Qд,

където Qk е топлинната мощност на котела в kW, mt е дебитът на топлоносителя, преминаващ през котела в m3/s, сt - специфичният топлинен капацитет на топлоносителя в kJ/kg °С, tв/tи - температура на топлоносителя на входа, респективно на изхода на котела в °С, В - количество на изгорялото гориво за единица време в m3/s или l/s, и Qд - долната топлина на изгаряне на горивото в kJ/kg.

За разлика от конвенционалните котли, при които загубите от димни газове формират съществена част от общите топлинни загуби, при кондензационните технологии тези загуби са минимални. Загубите от непълно горене се дължат на недостатъчното количество въздух в зоната на горене. При новите кондензационни котли, благодарение на конструкцията на горелката, загубите от непълно изгаряне са избегнати. Третият вид топлинни загуби - от конвекция и излъчване, са известни още като остатъчни загуби. При съвременните конструкции котли традиционно изпълнение са от порядъка на 0.5 до 2%, но при кондензационните котли са съществено по-ниски.

Специфични изисквания

към инсталацията

За постигането на висока ефективност и дълъг експлоатационен живот на отоплителна инсталация с кондензационен котел е необходимо да се вземат предвид някои специфични изисквания. Както вече бе подчертано, препоръчително е кондензационните котли да се използват в инсталации, работещи с ниски изчислителни температури. Разбира се, това не означава, че такива съоръжения не биха могли да се използват и при инсталации с по-високи температури на топлоносителя, но в подобни приложения, постигнатият коефициент на полезно действие би бил близък до КПД на обикновен газов котел.

Приложението на кондензационни котли е свързано и с повишени изисквания към използваните комини. Препоръчително е те да са плътни, корозионноустойчиви и нечувствителни към влага. Също така, рационално е вторите топлообменници и димоотвеждащите тръби също да са изработени от корозионноустойчиви материали. При използването на котли с висока мощност е необходима допълнителна обработка на кондензата.

Предимства и недостатъци

на котлите

Основно предимство на кондензационната отоплителна технология е високата й ефективност. Постига се годишна икономия на енергия от около 15 - 20%. Кондензационните котли са екологосъобразни, тъй като подобреното използване на горивото води до по-ниската му консумация и до минимизиране на генерираните емисии от вредни вещества в атмосферата. Друго предимство е високата сигурност на работа и дългият експлоатационен живот, които се постигат при коректно проектирана, изпълнена и поддържана инсталация. При правилно проектиране, котелът работи през повечето време в кондензационен режим и дори когато се използват котли с по-голяма мощност, агресивният конденз се образува в самия котел, което позволява димоотвеждащата система да бъде изработена от по-евтини материали, например PVC, подчертават специалисти.

Съвременните кондензационни котли разполагат с вградено автоматично регулиране на горивния процес в зависимост от температурата на околната среда. Предлагат се и модели, снабдени с най-съвременни възможности, включително дистанционно управление на работата им.

Недостатъците са свързани предимно с необходимостта от изработване на котелните топлообменни повърхности от корозионноустойчив материал, препоръчителните по-ниски температури на топлоносителя и най-вече значително по-високата цена на този тип котли.