Котли за отопление и БГВ

Въпреки навлизането на други отоплителни технологии, котлите продължават да бъдат предпочитано решение за отопление

Изграждането на отоплителна инсталация, базирана на котел, е един от най-старите методи за отопление. Независимо че днес се предлагат и други видове съоръжения, отоплението с котел не е загубило водещите си пазарни позиции.

Разбира се, до голяма степен дългият им живот на пазарни лидери се дължи на непрекъснатото усъвършенстване на конструкцията на котлите, в посока повишаване на ефективността им. Предимства на котлите, допринасящи за широкото им използване са: способностите им да покриват едновременно нуждите от отопление и БГВ, разнообразието от мощности, използвани горива и т.н. Освен в отоплителните инсталации, котлите намират приложение и във вентилационните и климатичните системи.
Като топлоносител в котелните отоплителни инсталации се използва предимно вода или пара. Обикновено котлите с по-малка мощност, които най-често се използват за отопление на жилища и еднофамилни къщи, работят с топлоносител вода. Котлите с топлоносител пара намират приложение предимно в отоплението на многоетажни сгради с различно предназначение и най-вече в различни индустриални производства. Принципно, като малки отоплителни котли се определят съоръженията с мощност до 60 kW, докато големи са отоплителни котли са с мощност над 600 kW. Съответно, отоплителните съоръжения от този вид, които са с мощност в диапазона от 60 kW до 600 kW се класифицират като средни отоплителни котли.

Основни характеристики на отоплителните котли
Отоплителните котли сe класифицират на базата на няколко основни характеристики. Сред тях е работното налягане, според което котлите се делят на съоръжения с ниско и високо налягане. Като котли с ниско налягане се определят съоръженията със свръхналягане
р < 0,1 МРа и температура на топлоносителя t < 120 °С. Съответно, котлите с високо налягане работят с р > 0,1 МРа и  t >120 °С.
Критерий за класификация на котлите е и видът на използваното гориво. Според него котлите се определят като съоръжения за твърдо, течно или газообразно гориво, както и такива, захранвани с електрическа енергия.
Широко се използва класифицирането на котлите в зависимост от конструктивната схема на топлоразмерните повърхнини. Според нея те са пламъчнотръбни, водотръбни и комбинирани.
Сред основните характеристики за класификация на котлите са и налягането на горивното пространство и траекторията на пламъка и димните газове, както и видът на горивното устройство. Като критерий за класификация на котлите на твърдо гориво често се използва и начинът на изгаряне на горивото. Според него те са с долно и горно горене.

Котли за твърдо гориво
Котлите на твърдо гориво са сред отоплителните съоръжения с най-дълга история. Вероятно затова те са много добре познати и се ползват с доверие сред потребителите. Поради по-ниската им ефективност в сравнение с котлите, захранвани с газ и течно гориво, независимо от по-ниската им първоначална цена, през последните години пазарният им дял се стеснява. Сред съвременните решения, при котлите на твърдо гориво, са пиролизните котли, в които протича процес на суха дестилация на дървесината, познат като пиролиза. Тези котли успешно удовлетворяват изискванията за екологичност и постигане на висок КПД.
Част от спецификите в конструкцията на котлите за твърдо гориво произтичат от използвания за изработването им материал. Обикновено материалите, които намират приложение са най-вече чугун и стомана. Характерно за чугунените котли е използването на пакет от чугунени глидери, представляващи кухи тела със сложна конфигурация и голямо външно оребряване, които формират горивната камера, скарата и ходовете на димните газове. Броят на използваните глидери определя мощността на котела.
Основни предимства на чугунените котли са високата им експлоатационна надеждност и дълготрайност, възможността за увеличаване на мощността им чрез добавяне на допълнителни глидери и голямата им корозионна устойчивост. Недостатъците им са свързани със затруднения ремонт на глидерите, по-голямата маса и по-високата себестойност на котела, както и с възможността за шлаковане на въглищата. Горивата, които се използват, са предимно кокс, антрацитни, черни и кафяви въглища, брикети.

Стоманени котли на твърдо гориво
Стоманените котли на твърдо гориво обикновено се изработват от специална котлена стомана чрез заваряване. Подходящи са за изгаряне на въглища или брикети. Произвеждат се и специални котли за слама, хартия, отпадъчни материали и др. Предлагат се и такива на комбинирано захранване, работещи и с течно гориво, газ или електрическа енергия.
Горивната камера на стоманените котли се образува от двуслойни стени, познати като водна риза, във вътрешността на които циркулира вода. Пътят на газовете обикновено е двуходов. Произвеждат се конструкции с горно и долно горене.
Предимства на стоманените котли са голямото специфично натоварване на единица площ, високата горна граница на мощността, както и сравнително лесните възможности за ремонт на котела.
Техни недостатъци са опасността от корозия при работа на съоръжението през преходните сезони, невъзможността от увеличаване на топлинната мощност чрез надстройка, по-високата им първоначална цена в сравнение с котлите на течно гориво, особено при автоматизирано подаване на горивото и отстраняване на сгурията.

Котли за течно гориво и газ
Поради добрите си технически и експлоатационни характеристики, котлите за газ и течно гориво са все по-предпочитани от потребителите. Масовото използване на газовите котли, наред с високата им ефективност, се обяснява и с развитието на газификационната мрежа в страната. В конструктивно отношение котлите за газ и течно горива не се различават съществено. В случаите, в които котелът за течно гориво е оборудван с вентилаторна горелка, той лесно би могъл да се преоборудва за работа с газ. Характерна особеност на котлите на газ и течно гориво е тяхната адаптивност към променящите се потребности от топлина, което е и един от факторите, определящи по-високата им ефективност. Обслужването на тези съоръжения е лесно. Обикновено са оборудвани със система за автоматично управление, която осигурява точно поддържане на предварително зададените параметри. Котлите, използвани и за битово горещо водоснабдяване могат да работят също и през топлите месеци, осигурявайки вода само за БГВ. Дори ако не е използван дълго време, котелът бързо се въвежда в експлоатация, независимо от сезона.
Използваните материали за изработване на котлите на течно гориво и газ също са предимно чугун и стомана. Характерно за конструкцията на стоманените котли със средна и висока мощност е наличието на пламъчна тръба, в която протича горивният процес, както и снопове от димогарни тръби, през които преминават димните газове. Подобни котли могат да загряват вода до 140 °С или да произвеждат пара с ниско или високо налягане.
Сред високоефективните решения на котли, захранвани на газ и течно гориво, са нискотемпературните и кондензационните котли.

Нискотемпературни котли
В сравнение с обикновените котли на газ и течно гориво, нискотемпературните котли се отличават с оптимизирана конструкция, благодарение на която температурата на топлоносителя на изхода на котела е в диапазона от 40 до 75 °С. По-ниската температура на топлоносителя е свързана с по-ниска температура на изходящите димни газове и следователно допринася за постигане на по-малки топлинни загуби на котлите. Съвременните модели нискотемпературни котли поддържат възможността температурата на подгряваната вода да се регулира плавно, в зависимост от режима на работа на отоплителната инсталация. Нискотемпературните котли се отличават и с намалени загуби от конвекция и излъчване, което е особено характерно за по-маломощните модели. Предотвратяването на кондензацията на водните пари, съдържащи се в димните газове, ограничава корозионните процеси и води до удължаване на експлоатационния срок на съоръженията.
Основно предимство на нискотемпературните котли е високата им ефективност - от порядъка на 91- 93% при по-малките мощности и до 94 - 95% при по-мощните модели. Те се характеризират също с висока експлоатационна надеждност, намален разход на електроенергия и от 5 до 7% икономия на газ, в сравнение с обикновените котли. Сред недостатъците им е необходимостта от изграждане на влагоустойчив комин и ограничението на максималната температура в инсталацията до 75 °С при изчислителни условия. Добре е обаче, да се има предвид фактът, че при използването на обикновен стоманен котел като нискотемпературен, драстично се скъсява експлоатационният му срок.

Кондензационни котли
Специфичната конструкция на кондензационните котли осигурява постигането на по-висока ефективност дори от характерната за нискотемпературните. Причините са комплексни, но сред тях са оползотворяването на скритата топлина на изпарение на водните пари в димните газове, както и фактът, че температурата на газовете е още по-ниска.
Конструкцията на кондензационните котли е изградена на принципа на противотока, което дава възможност за бързо охлаждане на димните газове и образуване на конденз. При някои производители подаването на връщащата вода е разделено на две, с цел постигане на постоянно ниска температура на топлообменните повърхности. По този начин се повишава коефициентът на използване на горивото.
Основна разлика между кондензационните и нискотемпературните котли е изискването температурата на връщащата вода при нискотемпературните модели да не пада под 60 °С. При кондензационните котли не съществува подобно ограничение. Причината е в специалните им топлообменни повърхности, които дават възможност да се образува конденз с цел оползотворяване на скритата топлинна енергия. Ефективността на работа на един кондензационен котел зависи от конструктивните му специфики, топлинната му мощност и съответните експлоатационни режими. Препоръчително е кондензационните котли да се използват в инсталации, поддържащи ниски изчислителни температури на топлоносителя. Работа на котела с температура на работния флуид над 75 °С е непрепоръчителна.
Кондензационните котли се характеризират също и с висок коефициент на оползотворяване на горивото и ниски вредни атмосферни емисии. Отличават се с висока сигурност на работа и дълъг експлоатационен живот, които се постигат при коректно проектирана, изпълнена и поддържана инсталация.