Схема подключения котла отопления с естественной циркуляцией: Схема отопления с естественной циркуляцией: самотечная схема отопления

Содержание

схема для частного дома, закрытая и открытая, однотрубная и двухтрубная система, уклон, расчет

Содержание:

Для владельцев частных домов можно назвать актуальным вопрос, касающийся устройства системы отопления с естественной циркуляцией. Кроме того их интересует, в каких системах можно не использовать циркуляционный насос, а когда это устройство является необходимым. Для начала важно разобраться, что представляют собой системы подобного типа.

Основные характеристики и принцип работы

Хотя и схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией достаточно эффективна, но у нее есть и минусы. В отличие от систем с принудительным движением воды, в которых основную работу выполняет дополнительное оборудование, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией более простая и доступная. В ее основе лежит способность воды расширяться при нагревании.

Функционирует такая отопительная система по следующему принципу:

В котле нагревается определенное количество воды. Согласно законам физики более теплая вода поднимается вверх и самотеком движется по системе, отдавая тепло батареям и радиаторам.

В процессе подъема к верхнему уровню системы теплоноситель остывает и в таком состоянии вновь поступает в котел. Система отопления частного дома с естественной циркуляцией не исключает врезку специального устройства, которое способствует быстрому перемещению воды и более равномерному прогреву всех батарей и радиаторов. При аварийном отключении электричества система может работать в естественном режиме.

Особенности устройства системы отопления в частном доме

Системы подобного типа имеют некоторые особенности, в частности речь идет о следующем:

Отсутствуют подвижные элементы, в том числе и устройства для принудительной циркуляции рабочей среды, и контур замкнутого типа, в котором соли, минералы и различные взвеси присутствуют в определенном количестве. Эти факторы способствуют продлению срока службы системы. А использование труб из оцинкованной стали или современных полимерных материалов и биметаллических приборов отопления способствует увеличению эксплуатационного периода до 50 лет.

Радиус открытой системы отопления с естественной циркуляцией должен составлять 30 метров. Это объясняется довольно небольшим перепадом давления, характерного для подобных систем. Кроме того со стороны труб и радиаторов отопления теплоноситель также испытывает определенное сопротивление. Однако это не является запретом для использования большего радиуса системы, указанные значения являются условными.
Система с естественной циркуляцией теплоносителя характеризуется большой инерционностью. От запуска или растопки котла до достижения комфортной температуры в помещении проходит несколько часов. Это происходит из-за некоторых особенностей системы: вначале прогревается теплообменник, а затем вода, которая начинает довольно медленно циркулировать по системе.
Горизонтально расположенные участки трубопровода должны располагаться с определенным уклоном. Только в этом случае обеспечивается минимальное сопротивление свободно перемещающейся остывающей воде. Для отвода воздушных пробок в системе монтируют расширительный бачок, который может быть полностью герметичным, как в схеме закрытой системы отопления с естественной циркуляцией, или открытым.

Отопление с естественной циркуляцией можно назвать саморегулирующей системой, с понижением температуры воздуха теплоноситель циркулирует быстрее.

На циркуляционный напор оказывают влияние следующие факторы:

Расстояние по высоте между котлом и нижним радиатором. Здесь работает принцип сообщающихся сосудов: вода быстрее переливается в котел, расположенный ниже по отношению к самому нижнему прибору отопления. Этот параметр остается неизменным на протяжении всего времени работы системы.
Разная плотность воды на выходе из котла и в обратной трубе, определяющаяся температурой воды. Благодаря этому фактору происходит саморегулирование: с понижение температуры воздуха в помещении остывают и радиаторы. Это приводит к увеличению плотности теплоносителя и более быстрому вытеснению нагретой воды.

Факторы, определяющие скорость циркуляции

Скорость движения теплоносителя по системе отопления зависит не только от напора, на это оказывают влияние следующие факторы:

Диаметральное сечение труб системы отопления. По тонкой трубе теплоноситель движется с большим сопротивлением, поэтому следует собирать систему из труб с завышенным диаметром.
Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления. Гладкая внутренняя поверхность полипропиленовых труб оказывает меньшее сопротивление движению теплоносителя, чем внутренние стенки стальной трубы, особенно имеющие признаки коррозии или известковые отложения.
Количество поворотов и их радиус. Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя должна характеризоваться меньшим количеством поворотов.

Наличие и количество запорной арматуры. Различные краны, шайбы и переходники служат препятствием на пути свободно двигающейся воды.

Производя расчет системы отопления с естественной циркуляцией, важно учитывать большое количество переменных. Это приводит к тому, что получить точные результаты практически невозможно.

Правила расчета мощности котла

Рассчитать требуемую мощность котла для системы водяного отопления с естественной циркуляцией можно следующими способами:

По площади отапливаемого помещения. Санитарные Нормы и Правила рекомендуют использовать 1 кВт мощности котла для обогрева площади в 10 м². В этом случае следует применять коэффициент, который в южных регионах равен 0,7-0,9, в северных районах – 1,5-2, а в средней части – 1,2-1,3. Применение этого способа позволяет не принимать во внимание высоту потолков в помещении, потери тепла через дверные и оконные проемы, а также расположение комнаты относительно внешних стен.

По объему воздуха в помещении. Этот способ позволяет получить более точные результаты расчетов. Исходным значением является 40 Вт мощности на 1 м³ объема воздуха в комнате, также применяются приведенные выше коэффициенты. На каждый оконный проем добавляется по 100 Вт, на дверной проем – по 200 Вт. Если комната расположена у внешней стены, то следует применить коэффициент 1,1-1,3. В этом случае следует учитывать материал и толщину стен. Для схемы отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяют коэффициент 1,5.

Схемы, используемые для разводки труб

Система отопления с естественной циркуляцией может собираться по разным схемам. Для самостоятельного монтажа лучше использовать самые простые варианты двухтрубной и однотрубной системы отопления с естественной циркуляцией.

Схема двухтрубной разводки с естественной циркуляцией

Схема отопления такого типа предполагает наличие следующих элементов в системе:

Отопительный котел, в котором происходит непосредственное нагревание теплоносителя.
Расширительный бак, который компенсирует изменения объема теплоносителя и служит своеобразным накопителем для вытесненного воздуха.
Приборы отопления, к которым относятся конвектора и радиаторы.

Монтаж двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией предполагает применение перечисленных выше условий:

Установка котла на более низком уровне относительно приборов отопления.
Соблюдение определенной степени уклона системы отопления с естественной циркуляцией для свободного течения теплоносителя. Чаще всего это значение составляет 5-7 градусов.
Основной трубопровод, к которому подключаются несколько радиаторов, монтируется из полимерной или металлопластиковой трубы диаметром не меньше 32 миллиметра. Для изготовления подводов к приборам отопления следует использовать трубы ДУ20. При этом следует знать, что ДУ примерно равна внутреннему сечению трубы, а не внешнему. К примеру, полипропиленовая труба, внешний диаметр которой равен 32 мм, соответствует ДУ20.

При правильном подборе диаметра труб система отопления с естественной циркуляцией двухтрубного типа не нуждается в балансировке. При этом использование дросселей на отводах к приборам отопления даст положительный эффект.

Однако стоит учесть, что двухтрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, установленная по всему периметру дома, требует достаточно больших финансовых вложений. Это объясняется высокой ценой на пропиленовые армированные трубы, а также долгим и трудоемким монтажом. Поэтому в большинстве случаев владельцы частных строений применяют однотрубную разводку.

Особенности монтажа однотрубной системы

В процессе монтажа системы отопления по однотрубной схеме важно учитывать следующие моменты:

Использование трубных изделий определенного диаметра.
Соблюдение уклона трубы отопления при естественной циркуляции по всему периметру системы.
Врезка радиаторов параллельно основному трубопроводу, не разрывая его. В этом случае не стоит беспокоиться об отсутствии циркуляции в приборах отопления, многолетние исследования доказали эффективность работы системы, собранной по однотрубной схеме.
Расширительный бачок и каждый отопительный прибор должен оснащаться устройством для спуска воздуха. Особенно это касается систем закрытого типа, которые изолированы от атмосферного воздуха. Однако существует еще одна особенность таких систем: при неполном стравливании воздуха с одного из радиаторов расширительный бак можно исключить из системы.
Установка на отопительные приборы дросселей и терморегуляторов помогает равномерно распределить тепло между радиаторами, расположенными в непосредственной близости к котлу и самыми дальними приборами отопления.

Система отопления с естественной циркуляцией

При отсутствии или нестабильной подаче электроэнергии системы отопления частных домов часто организуют на базе схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. Такая схема является полностью энергонезависимой, способна обеспечить нужды отопления небольших домов площадью до 60 – 70 м². Материал статьи описывает принцип работы, устройство и виды системы с гравитационной циркуляцией, дает рекомендации по выбору материалов и монтажу.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Гравитационная составляющая циркуляции улучшается сооружением трубопроводов системы с нормативным уклоном, который составляет не менее 2 мм на 1 погонный метр длины. Уклон ориентирован в сторону движения теплоносителя.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Устройство системы с естественной циркуляцией

Базовый элемент системы отопления – котел – располагается в нижней точке системы. От теплогенератора поднимается вертикальный разгонный коллектор. Рекомендуемая высота коллектора – от 2,5 метров, диаметр трубопровода – не менее 50 мм.

На верхней точке разгонного коллектора, в месте поворота трубопровода к радиаторам, располагают расширительный бак открытого типа. Расширительный бак по желанию оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. Через нее излишки воды, образовавшиеся при нагреве и расширении, переливаются в канализацию.

Расширительный бак может оборудоваться линией подпитки, соединенной с системой водопровода. В отсутствии линии подпитки пополнение системы водой производится вручную. Расширительные баки при размещении в неотапливаемом помещении должны качественно утепляться.

Экспанзомат, кроме функций компенсации теплового расширения и подпитки, выполняет функцию естественного воздухоотводчика. Трубопроводы монтируются с уклоном таким образом, что пузырьки воздуха не уносятся в систему, так как вода имеет малую скорость, а поднимаются в верхнюю точку, на которой установлен РБ.

Из верхней точки разгонный коллектор меняет направление на горизонтальное и с нормативным уклоном прокладывается к радиаторам отопления. Система отопления в части обвязки радиаторов имеет 2 разновидности:

Однотрубная;
Двухтрубная.

Однотрубная система с естественной циркуляцией обладает свойством снижения температуры на каждом последующем радиаторе в ряду.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Сооружение байпасов для улучшения качества регулирования создает излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому система чаще всего сооружается по простейшему принципу – радиаторы подключают к трубопроводу подачи последовательно, с последнего радиатора выходит обратный трубопровод и подсоединяется к котлу.

Наиболее эффективным по теплоотдаче считается диагональное подключение радиатора, менее качественными – боковое (при вертикальной разводке) и нижнее. Несовершенство однотрубной системы – снижение температуры на радиаторах – можно частично компенсировать увеличением числа секций на последних радиаторах.

Двухтрубная схема системы отопления более удобна в регулировании. Здесь радиаторы подключены к подающему и обратному трубопроводу параллельно.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для монтажа системы этого типа требуется большее количество трубы, соответственно схема имеет большее гидравлическое сопротивление. Регулирование температуры на радиаторах производится 2 методами:

Принудительное, с помощью запорной арматуры;
Естественное, за счет поэтапного изменения диаметра трубопроводов.

Принудительное регулирование можно производить шаровыми кранами, имеющими полнопроходное сечение. Регулирующие вентили малопригодны для этой задачи, так как обладают высоким гидравлическим сопротивлением и имеют сниженное проходное сечение.

Поэтапное изменение диаметра производится по принципу постепенного уменьшения диаметра подачи к последнему радиатору и постепенному расширению обратки от него к котлу. Выполнение такой схемы требует тщательного расчета, выполнить самостоятельно который довольно трудно.

Оба метода регулирования в любом случае значительно повышают гидравлическое сопротивление системы в целом, что отрицательно влияет на качество циркуляции и может привести к ее остановке. Поэтому большей популярностью пользуется все же однотрубная система, даже со своим недостатком – разницей температур в начале и в конце контура отопления.

Для систем отопления с естественной циркуляцией, предназначенных для отопления домов площадью не более 70 м², падение температуры на последнем радиаторе может составлять 5 – 10⁰С. Обычно этот недостаток частично нивелируется увеличением числа секций последних в ряду приборов отопления. Кроме того, однотрубные схемы часто модернизируют установкой циркуляционного насоса.

В систему отопления с естественной циркуляцией иногда интегрируется бойлер косвенного нагрева. Его рекомендуется устанавливать в верхней точке разгонного коллектора, трубопровод выхода теплоносителя с бойлера направляют в горизонтальном направлении с уклоном к радиаторам. Работа бойлера в самотечной схеме не отличается высоким качеством – температура воды в нем не регулируется, температура воды напрямую зависит от температуры теплоносителя.

Подключение контуров теплых полов к системам гравитационного типа не производится. Это обусловлено тем, что отдельные контуры водяных теплых полов имеют большое сопротивление, циркуляция возможна только с помощью циркуляционного насоса. Установка насоса в точках подключения полов к системе с гравитационной циркуляцией внесет резкий гидродинамический дисбаланс и может нарушить принципы естественного циркулирования.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

Котел следует размещать в нижней точке системы;
Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

Другие полимерные трубопроводы – металлопластик, трубы из сшитого полипропилена – применять не рекомендуется. Фитинги этих систем значительно снижают проходное сечение и создают излишнее гидравлическое сопротивление, препятствующее естественной циркуляции.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

Полная энергонезависимость;
Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

Сложность регулирования;
Неравномерное распределение тепла;
Непривлекательный внешний вид;
Ограничения по тепловой мощности;
Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.

Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.

(Просмотров 4 036 , 1 сегодня)

Двухконтурная система отопления частного дома и ее схема

Двухконтурная система отопления для частного дома имеет более сложное строение, чем классическая одноконтурная. При этом преимущества таких систем неоспоримы. Представляет собой два замкнутых контура, одним из которых осуществляется подача теплоносителя к радиаторам, а другим – возвращение его в котел.

Применяется двухконтурное отопление для всех типов зданий.

Преимущества:

Практически полностью отсутствуют потери теплоносителя при подаче к радиаторам.
Обеспечивается подача теплоносителя с одинаковой температурой ко всем радиаторам системы.
Использование труб малого диаметра сокращает материальные затраты.
Высокая надежность.
Большой КПД установки.
Возможность установки регулирующей арматуры на каждый радиатор, т.е. температуру каждого нагревательного элемента можно регулировать отдельно от других.
Низкий расход воды и электроэнергии.
Отсутствие громоздких конструкций – лучшее решение для современных интерьеров.
Простота внедрения в существующий дом.

Типы системы относительно оси расположения трубопровода:

Горизонтальные. Устанавливается в одноэтажных домах большой площади.
Вертикальные. Возможно применение в многоэтажных домах. Контур каждого этажа врезается в общий стояк системы. Преимуществом является отсутствие завоздушивания системы – воздух выходит из системы через расширительный бак.

В обоих случаях необходима балансировка. Для вертикального типа балансировка производится по стояку.

Преимуществом обоих систем является большая теплоотдача и высокая гидравлическая устойчивость.

Типы разводки:

Верхняя. Разводка труб осуществляется в верхней точке трубопровода. Расширительный бак располагается там же.
Данный тип не может быть установлен в домах без чердака.
Нижняя. Разводка труб осуществляется в подвале или цокольном этаже. При этом следует учитывать, что трубы обратного контура должны быть заложены еще ниже подающий. Поэтому допускается укладка труб в подполе.

Схема с принудительной циркуляцией

Является наиболее простой системой, т.к. схема содержит минимальное количество элементов.

Состав оборудования при принудительной схеме:

Котел.
Измерительные приборы.
Радиаторы.
Трубопровод.
Предохранительный клапан.
Циркуляционный насос.
Расширительный бак.

Схема с принудительной циркуляцией

Принцип работы системы:

Подготовленный теплоноситель с рабочими параметрами насосом подается в верхнюю точку системы.
За счет гравитации жидкость двигается по трубопроводам и наполняет радиаторы последовательно (так как на разработанной схеме).
По обратному контуру вода циркуляционным насосом поступает обратно в котел для дальнейших циклов.

Преимущества:

Минимальное количество узлов в схеме.
Относительно высокий КДП.
Равномерный нагрев радиаторов.
Низкая стоимость строительно-монтажных работ и оборудования.
Возможность работы в режиме естественной циркуляции – при отключении от электросети насоса вода в системе циркулирует самотеком.

Недостатки:

Малая эффективность системы в домах с большой площадью.

Схема с естественной циркуляцией

Данный вид отопления аналогичен системе с принудительной циркуляцией.
Отличием в работе является отсутствие циркуляционного насоса. Для повышения эффективности схемы используют гладкие трубы большого диаметра.

Преимущества:

Низкая стоимость монтажных работ и оборудования.
Отсутствие затрат на электроэнергию (в том случае, если котел газовый).
Лучший вариант для домов, удаленных от городской черты. Система не использует электроэнергию для циркуляции теплоносителя по контурам.
Возможность работы на любом виде топлива.
Длительный срок эксплуатации. Возможна работа до 40 лет без проведения капительных ремонтов.

Недостатки:

Небольшой радиус действия (не более 30м).
Медленный прогрев комнат.
Большие затраты топлива на запуск системы.
Невозможность регулировки температуры теплоносителя.
Частые завоздушивания радиаторов.
При установке расширительного бака в неотапливаемом помещении существует вероятность его промерзания.

Состав оборудования при естественной схеме:

Котел.
Радиаторы.
Предохранительный клапан.
Система труб (прямая и обратная).
Расширительный бак. Обеспечивает постоянное давление в системе.

Схема с естественной циркуляцией

Принцип работы системы:

При повышении температуры давление теплоносителя изменяется.
Холодные слои выталкивают горючую жидкость в систему.
По достижении самой высокой точки системы вода самотеком пускается по трубопроводам.
Охлажденный теплоноситель также самотеком поступает в котел по обратному контуру.
Благодаря трубам, расположенным с уклоном обеспечивается естественная циркуляция теплоносителя.

Обратите внимание! Уклон прямого контура идет по направлению к радиатору, для обратки уклон устанавливается в сторону котла. Правильно выполненные уклоны обеспечиваю отвод пузырьков воздуха в расширительном бачке.

Меры для обеспечения стабильной работы системы

Уклон горизонтальных участков должны быть большими из-за малой разности плотностей горячей и остывшей воды.
Котел должен быть заглублен для того, чтобы выдержать оптимальный уклон обратного контура.
Расширительный бак должен быть только открытого типа, т.к. для работы в системе не должно создаваться избыточное давление.

Различают два типа схем с естественной циркуляцией

С верхней разводкой. Котел должен быть установлен в центре, разводка выполняется в обе стороны.
Следует сооружать контуры длинно не более 20м для обеспечения высокой теплоотдачи.
С нижней разводкой. В этом случае трубы подачи должны быть заложены рядом с обраткой, обеспечивая движение теплоносителя снизу вверх к радиаторам.

Для повышения КПД в схему включают воздушные трубопроводы для отведения воздуха из системы.

Для двухэтажного дома

Для двухэтажной застройки необходимо применение более сложных отопительных схем. Эффективно построенная система позволяет поддерживать уютную и комфортную атмосферу в доме.

При минимальных теоретических знаниях и практических навыках ремонтных работ возможно самостоятельно соорудить двухконтурную систему отопления в двухэтажном доме.

Схема с естественной циркуляцией для двухэтажного дома

Коллекторная

Преимущества двухконтурных коллекторных систем для коттеджей

Равномерное распределение теплоносителя в радиаторы непосредственно из котла.
Минимальные потери давления и температуры.
Возможность использовать мощные циркуляционные насосы.
Осуществление настройки и ремонта отдельных элементов без отрицательного влияния на всю систему.

Недостатки

Большой расход материалов.

Важно знать! Подключение дополнительных элементов («теплый пол», полотенцесушители, массажные ванны) возможно, как во время монтажа основной части, так и при очередном ремонте. Наиболее целесообразным является проектирование системы отопления при возведении дома, т.к. в этом случае сеть отопления имеет самый высокий КПД (выбирается наиболее удачное место расположения котла, радиаторов и трубопровода).

Составные части коллекторной системы:

Котел.
Радиаторы.
Автовоздушник
Балансировочный, предохраниельный и термостатический клапан.
Мембранный расширительный бачок.
Запорная арматура.
Механический фильтр.
Манометр
Циркуляционный насос.

Особенностью отопления, как и в одноэтажных постройках, является наличие двух контуров – подающего и обратного трубопроводов. Подключение радиаторов происходит параллельно. Наиболее целесообразно подвод осуществлять в верхней части, а отвод – в нижней. Направление жидкости по диагонали создает равномерный прогрев и большую теплоотдачу теплоносителя.

Пример собранного коллектора

Для регулировки температуры используют также термостатические клапаны, расположенные на радиаторах. С их помощью легко ограничить температуру в отдельной комнате или перекрыть подачу тепла вовсе. Исключение таким образом радиатора не влияет на эффективность работы системы в общем.

Для равномерности потока теплоносителя на радиаторах устанавливают балансировочные клапаны.

Предохранительный клапан, при возникновении избыточного давления, сбрасывает жидкость в расширительный бак. При значительном снижении напора в системе происходит забор рабочей жидкости из мембранного бачка.

Циркуляционный насос включен в схему для поддержания необходимой скорости потока теплоносителя.

Принцип работы системы

Рабочая жидкость поступает в подающий трубопровод.
После удаления избытка воздуха (посредством автоматического клапана) подогревается и подается в вертикальные стояки. Где происходит разделение подачи для первого и второго этажей.
После прохождения через радиаторы возвращается по обратному контуру к котлу.

Важно знать! Обратка (обратный трубопровод) подключается к другому входу котла. Разделяется аналогично подающему контуру.

Данная схема может применяться в системе с искусственной и естественной циркуляцией при использовании дополнительного оборудования: насосов, теплообменников, расширительных бачков.

Двухтрубная система при внедрении коллекторной схемы является лучшим решением для отопления двухэтажных домов. Несмотря на трудоемкость и высокие финансовые затраты такое отопление окупается за несколько сезонов.

Отопительная система закрытого типа в частном доме

Проектирование частного дома подразумевает расчет схемы отопительной системы, которая бывает открытой и закрытой (предполагающей установку расширительного бака). Второй вариант считается наиболее предпочтительным у владельцев коттеджей, так как дает возможность существенно экономить на потреблении ресурсов. Основное преимущество подобной системы заключается в том, что теплоноситель не контактирует с воздухом, значит, не подвергает оборудование коррозии.

Оглавление:

Описание и виды систем
Схема работы
Преимущества и недостатки
Инструкция по настройке

Особенности и разновидности

Главным элементом системы отопления закрытого типа является котел, к которому подведены трубопровод. Также устанавливается бачок и циркуляционный насос. Обычно такой способ обогрева подразумевает, что носитель движется по трубам принудительно. Это энергозависимый метод, так как устройства работают от электричества. При отключении света необходимо позаботиться о продолжении деятельности в штатном режиме. Для этого устанавливают специальный переходник – байпас, который блокирует насос и преобразует в закрытую систему отопления с естественной циркуляцией.

Если речь идет об однотрубном варианте обогрева, важно обеспечить равномерное распределение носителя по радиаторам в частном доме. От котла по всем помещениям пускают трубу, к которой монтируют батареи. Без работы насоса горячими будут только элементы, находящиеся в непосредственной близости от нагревателя. В остальных комнатах сохранится холодный воздух. Эту проблему решает закрытая система отопления с принудительной циркуляцией. Благодаря схеме, создается давление, при котором носитель получает определенную скорость, достаточную для обеспечения всех радиаторов.

В двухтрубном варианте подход также является рациональным, особенно для обслуживания больших площадей. Такой вид отопления подразумевает подключение двух параллельных магистралей. По одной горячая жидкость расходится по батареям под давлением в случае, если действует принудительно. По другой трубе охлажденный носитель возвращается в котел, минуя расширительный бак.

Существует горизонтальная и вертикальная разводка магистрали. Первый тип подразумевает объединение всех батарей в единую линию, подключенную к общему стояку. Чаще всего такой способ применяется в многоквартирных зданиях. Второй вариант считается более эффективным, обычно монтируется в частном доме. Подводящие трубы расположены сверху, что обеспечивает хорошую теплоотдачу при закрытых системах.

От объема носителя зависит величина бачка. Параметр должен составлять 10% от всего оборудования для отопления. Котлы с автоматикой позволяют контролировать процессы, регулировать давление и температуру. Датчик от перегрева активирует предохранительный клапан в момент закипания жидкости, оберегая технику от поломок. Таким же образом работает аппаратура от промерзания.

Принцип работы

Чтобы понять, что такое закрытая система отопления, необходимо разобраться в тонкостях ее функционирования. Жидкий теплоноситель нагревается до заданной температуры и начинает продвижение по радиаторам и трубам, передавая энергию в помещение и обогревая. Микроклимат в частном доме зависит от объема и состояния жидкости. Чем она горячее и больше ее количество, тем комфортнее находиться в комнатах.

При открывании клапана лишний объем воды сбрасывается в расширительный бак системы отопления, который оснащен двумя камерами, разделенными перегородкой. Первый отсек служит для хранения резерва жидкости, во втором содержится азот под давлением. Такая схема способствует поддержанию напора на одном уровне. Принудительно носитель возвращается назад при помощи насоса, в охлажденном виде. Для слива воды в самой нижней точке устанавливают патрубок с вентилем.

Как бы надежно не изолировали систему отопления с принудительной циркуляцией, в нее может попасть воздух при заполнении и последующем наборе воды. В это время происходит разгерметизация стыков. Чтобы удалить пузырьки, применяют стандартные отводчики и краны Маевского. При монтаже сепараторов в трубопровод гарантирована деаэрация и стабильность функционирования всех элементов.

Плюсы и минусы

У закрытой системы отопления есть свои положительные и отрицательные стороны:

1. Установка осуществляется намного быстрее, чем обустройство открытого типа.

2. Мембранные и безнапорные баки не позволяют жидкости улетучиваться.

3. Даже с трубами малого диаметра эффективность сохраняется.

4. Невозможность попадания кислорода предполагает защиту от коррозии.

5. В качестве носителя в системе отопления используется вода или антифриз.

6. Расширительный бак можно устанавливать рядом с котлом.

7. Высокий уровень теплоотдачи обеспечивает стабильный обогрев.

В качестве недостатков отмечены следующие факторы:

Использование насоса подразумевает зависимость от электричества.
Для закрытого типа требуется бак большого объема.
Без автоматики достаточно трудно регулировать температуру и давление.
Если планируется использовать принудительно, требуется установка насоса.

Основные нюансы настройки и запуска

Схема подключения системы отопления заключается в установке котла в вентилируемом помещении. На выходе монтируют узел безопасности с манометром, воздухоотводчиком и клапаном сброса давления. Далее подсоединяют циркуляционный насос с производительностью примерно 40 л в минуту для дома площадью 200 м². Подиум для оборудования облицовывают негорючим материалом, содержащим асбест. Рядом монтируют расширительный бак. В соответствии со схемой разводки делают сквозные отверстия для труб и устанавливают запорную аппаратуру.

На следующем этапе требуется заполнить систему. Перед процедурой нужно проследить, чтобы качество теплоносителя соответствовало требованиям. Воду лучше подвергнуть предварительной очистке, антифриз подготавливают заранее. Важно не забыть промыть трубопровод, устранить накипь и грязь из радиаторов.

Чтобы закачать носитель для обогрева частного дома, необходимо проверить состояние вентилей для слива и кранов Маевского, они должны быть закрыты до упора. Вода подается под небольшим давлением, чтобы равномерно удалить воздух. В процессе убирают кислород из радиаторов. Как только закончится поступление носителя, нужно приступать к повышению давления, следя за показателями манометра. При отметке в 2 атмосферы воздух стравливают посредством кранов Маевского, затем снова начинают нагнетание. Закачать жидкость нужно до того момента, пока она не польется из перелива.

Заполнить оборудование с котлом и насосом при отсутствии централизованной подачи нужно таким образом: нагнетательный шланг присоединить к сливному патрубку, чтобы получилась прямая магистраль от скважины к вентилю. Все краны открывают для выхода воздуха, что позволяет закачать необходимое количество жидкости.

Если насос не предусмотрен, шланг поднимают на высоту 20 метров, через него придется заполнить контур отопления. Такой способ помогает создать водяное давление в 1,5 атмосферы. Резьбовое соединение, на котором крепится расширительный бак, убирают, чтобы подготовить воронку для трубопровода. После полной закачки его возвращают на место. В процессе необходимо следить за манометром.

В завершение работы включают оборудование, чтобы понять, правильно ли произведено заполнение и подобрано давление. Если была допущена ошибка, радиаторы останутся холодными, вода потечет из бака, в батареях будут слышны характерные звуки: бульканье, постукивание.

Система отопления в частном доме закрытого типа предполагает естественную или принудительную циркуляцию, вертикальную разводку магистрали. Чтобы достичь оптимального температурного режима в помещениях, важно грамотно провести настройку и запуск техники, подготовку носителя, его правильную закачку. Благодаря хорошо выполненной работе, радиаторы прогреются моментально, и система будет функционировать без перебоев.

Дата: 9 июня 2016

Система отопления дома с принудительной циркуляцией. Варианты. Схемы

При проектировании системы отопления перед ее будущим пользователем возникает немалое количество вопросов. На этом этапе предстоит принять решение о том, каким образом теплоноситель будет передвигаться в магистрали – естественным путем или с принудительной циркуляцией. Про естественную циркуляцию у нас есть отдельный материал, а здесь сделаем упор на принудительную систему отопления.

Особенности функционирования принудительной системы обогрева

Отопительная схема, в которой топливо циркулирует естественным образом, максимально проста. В такой цепочке теплоноситель нагревается в котле и, в соответствии с законами термодинамики, устремляется вверх по стояку. Достигнув радиаторов, носитель отдает часть тепловой энергии, температура его снижается. Под гнетом вновь пребывающих доз тепла, остывшее топливо опускается обратно в котел для повторения цикла.

Такая элементарная схема имеет существенные недостатки, особенно в совокупности с однотрубным типом разводки:

Тепло распределяется неравномерно: в помещениях, которые расположены рядом с источником теплоснабжения (котлом), температура выше, чем в тех, что находятся на большем от него расстоянии.
Система с естественной циркуляцией потребляет значительное количество отопительного материала, что говорит не в пользу ее рациональности.
Частично нейтрализовать эти проблемы позволяет обустройство двухтрубной разводки.

Эффективность отопительной схемы с принудительной циркуляцией обусловлена включением в нее насоса. Его функцией является придание движению топлива по тепломагистрали большей скорости. Величина этого показателя находится в прямой зависимости с температурой обогреваемых помещений.

Присутствие в системе отопления циркуляционного насоса наделяет ее неоспоримыми преимуществами:

экономичность. Связана как с рациональным расходованием теплоресурса, так и с разумными финансовыми затратами на приобретение труб небольшого диаметра;
эргономичность. Негромоздкая конструкция позволяет спрятать ее элементы в стенах, под полом и т.п.;
возможность функционирование в отопительных проектах любой сложности с различным сочетанием обогревательного оборудования. В отопительной схеме могут присутствовать и радиаторы, и тепловые завесы, и полы с подогревом.
Основным поводом для беспокойства при проектировании системы отопления с принудительной циркуляцией является бесперебойная подача электроэнергии, поскольку приводить насос в действие призвано именно электричество. Неплохо поэтому позаботиться о резервном источнике электроснабжения.

Принудительные схемы

Условно все принудительные схемы можно разделить на однотрубные и двухтрубные. Наиболее популярны сегодня именно двухтрубные. Но давайте разберемся в отличиях

Однотрубная схема подключения

Предполагает эксплуатацию одной трубы для подачи теплоносителя из котла и для его обратного оттока. Этот вариант не требует большого метража труб, количества запорной арматуры, фитингов и прочих элементов, следовательно, монтажные работы сводятся к минимуму.
Минус: последовательный нагрев отопительных приборов постепенно уменьшает температуру подаваемого топлива в цепочке оборудования. Система отопления может функционировать естественным и принудительным способом.

Двухтрубная схема подключения

В этой модели отопления работают две трубы: первая подает топливо к обогревателю, вторая осуществляет отвод остывшего носителя к котлу. В этом состоит главное отличие от первого варианта, вытекающие последствие: увеличение металлоемкости конструкции за счет большего трубометража, запорных и соединительных элементов в схеме. Монтаж более сложен. Положительный момент, как вознаграждение за понесенные финансовые и трудовые затраты: к каждому обогревателю в системе подается теплоноситель одинаковой температуры.

В зависимости от направления потоков горячего и охлажденного топлива различают:

попутную схему подключения, где подача теплоносителя и его отвод двигаются в одном курсе, позволяя всем приборам в цепочке нагреваться с равной скоростью;
тупиковую, которая предполагает более быстрый нагрев приборов, находящихся ближе к котлу.

Лучевая разводка

Очень схожая модификация с двухтрубной схемой отопления принудительной циркуляции. Различие — пункт распределения горячего топлива и сбор остывшего, которым является не главный стояк, а распределительные коллекторы. К каждому обогревательному прибору проводится отдельная линия подачи теплоносителя и его оттока. Разумеется, такая схема предполагает сбалансированное по температуре и давлению распределение тепла.
Накладность такой организации отопления очевидна: существенные затраты на материалы, большая стоимость и трудоемкость монтажных работ. Кроме этого, весьма затруднительно вносить коррективы в схему с распределительными узлами (к примеру, добавлять обогревательное оборудование).

Обустройство теплого пола

По-настоящему сложная схема с принудительной циркуляцией отопления, вдобавок дорогостоящая, но и наиболее комфортная. В маленьких помещениях применяют простые комбинации укладки труб с одним входом для нагретого теплоносителя и выходом для остывшего. Большие площади потребуют более сложных конструкций с использованием распределительных узловых соединений. Зачастую обустройство теплого пола предполагает установку отдельного циркуляционного насоса на участки системы.

Открытая и закрытая схема обогрева с применением насоса

Носитель тепла, двигающийся в трубах, набирает объемы в процессе нагревания. Образующееся чрезмерное его количество стекает в специально оборудованную емкость. Отопительной системой открытого характера предусматривается установление в токе наибольшей высоты расширительного бака, в котором напрямую сообщаются атмосферная среда и теплоноситель.

Концептуальная схема действия схемы: увеличение температуры провоцирует возрастание теплоносителя в объеме и, как следствие, его уровень в расширительном сборнике. Некоторое количество воздуха из бака выводится через патрубок. При понижении температуры уменьшается уровень топлива в резервуаре, и его место занимает внешний воздух, поступающий из патрубка.

В закрытой системе отопления с принудительной циркуляцией задействуется расширительный резервуар, находящийся под давлением. Он представлен в виде металлической емкости высокой прочности, состоящей из пары завальцованных частей. В баке размещена резиновая жаропрочная мембрана и содержится небольшое количество газа (азот, закаченный производителем или накопленный в системе воздух). Мембрана делит резервуар на две половины: в одну поступают избытки теплоносителя, появляющиеся при нагревании, другая предназначена для воздуха или азота, не взаимодействующих с топливом. Действие системы следующее: теплоноситель подается в расширительный бак при нагревании, и попадает в мембрану. В процессе остывания газ по другую сторону мембраны выталкивает теплоноситель назад в систему.

Выбор циркуляционного насоса

Качественный насос для системы отопления с принудительной циркуляцией должен соответствовать критериям:

энергосбережения;
простоты и надежности в эксплуатации.

Мощностные характеристики определяются габаритами жилого помещения, которое необходимо обогреть. Например, для отопления площади 250 кв.м необходим циркуляционный насос с мощностью 3,5 куб.м/ч и напором 0,4атм.
Кроме этого, на выбор оборудования влияют расчеты из проекта системы отопления. К ним относятся:

материал труб, предназначенных для монтажа и их диаметр;
общий метраж схемы;
количество обогревательных приборов;
вид теплоносителя.

Самостоятельный подбор насоса может вызывать ряд трудностей, поэтому лучше всего получить консультацию у грамотного специалиста по данному вопросу.

Необходимость соблюдения уклона труб

При монтаже отопительной системы с принудительной циркуляцией теплоносителя соблюдение требований к уклону труб необязательно. Тепломагистрали устанавливаются прямолинейно или с малозначительным скатом по отношению к сливу. Это облегчит слив теплоносителя перед проведением ремонтных работ или при возникновении ситуации, когда системе предстоит длительный простой.

Диаметр труб в принудительной системе

Отопительная система, в которую включен циркуляционный насос, не предъявляет особенных требований к трубопроводу. Для такой схемы не имеет значения, какого размера и состава трубы будут переносить тепло. Таким образом, можно использовать недорогие модели небольшого диаметра. Это позволит сэкономить приличную сумму при организации отопления. Не следует забывать, что параметры труб берутся во внимание при приобретении циркуляционного насоса.

Важно понимать, с меньшими диаметрами трубопровода в системе с принудительной циркуляцией растет и сопротивление.

Главный минус принудительного отопления

Так как отопление дома с принудительной циркуляцией работает только с циркуляционным насосом. Следовательно, такой насос нуждается в стабильной и качественной подаче электричества.

Это является единственным и самым большим минусом отопления дома с принудительной циркуляцией. Например, у вас отключили электричество. Отопления нет. Авария в электрических сетях — отопления нет. Упало напряжение в сети — насос не выдает номинальной мощности – опять отопления нет.

Как улучшить систему с принудительной циркуляцией?

Желательно конечно хорошо утеплить трубы систем отопления, чтобы минимизировать потери драгоценного тепла. Тогда будет экономично. Главное при выборе в свой дом системы с принудительной циркуляцией не ошибиться при ее расчете.

Необходимо обратить пристальное внимание на количество тепловых приборов, количество контуров отопления, подбор оптимального диаметра труб и мощность насоса.

Именно с нарушением этих законов возникает больше всего проблем. То неправильно рассчитали количество приборов, то заузили трубопроводы и тепла радиаторам не хватает, то поставили слабый насос, который работает на износ и так далее.

Читайте так же:

Схема отопления с естественной циркуляцией частного дома. Жми!

Централизованная система отопления постепенно отживает свое, поскольку, как можно заметить, она не способна справиться с возложенными на нее задачами по отоплению помещений. Поэтому, все чаще можно встретить использование автономного отопления.

Наиболее актуальным данный вопрос является для частных домов, по причине отсутствия какого-либо источника тепла. Существует несколько схем отопления, что дает возможность каждому выбрать свою по душе и в соответствии с финансовыми предпочтениями.

Разновидности

Рассмотрим варианты систем отопления для частных и многоквартирных домов:

• с использованием принудительной циркуляции теплоносителя;

• естественная циркуляция с использованием самотёка теплоносителя.

Системы с естественной циркуляцией получили широкое распространение, главным образом, благодаря своим сильным сторонам:

• функционирование системы с естественной циркуляцией независимо от того есть напряжение в сети или нет;

• высокие показатели инерционности системы, где внешние факторы не влияют на распространение тепла.
[advice]Примите к сведению: следует с особым вниманием подойти к выбору диаметра используемых труб для системы отопления, учитывая то, что больший диаметр улучшает циркуляцию воды, однако и здесь тоже следует знать меру.[/advice]

Статья, посвящённая установке насоса в систему отопления, расположена здесь: https://teplo.guru/sistemy/sistemy-otopleniya-s-nasosnoi-tsirkulyatsiei.html

Принцип функционирования оборудования

Система предусматривает проталкивание горячей воды наверх. Использование данной схемы отопления дома позволяет выполнять монтаж котла ниже отопительных радиаторов.

С верхней части вода в трубе с небольшим углом продвигается дальше. Здесь нужно обратить внимание на трубы, что отходят от главной ветки, подключенные к отопительным батареям, поскольку они должны быть тоньше.

Наиболее актуальным этот принцип является для систем с верхним типом раздачи, откуда самотечная система проталкивает воду к радиаторам.

В случае, когда используется схема, подразумевающая нижнюю раздачу, отопление частного двухэтажного дома самотечным способом возможно, только если есть разгонный контур. Это означает, что следует создать перепад высот, путем подключения трубы к котлу, подымающуюся к расширительному бачку. Далее труба опускается на уровень окон и оттуда делается разводка по батареям.

[warning]Следует учесть: помехой самотечной системы отопления может быть низкий потолок, поскольку предусмотрено, что труба от верхней точки котла должна на 1,5 метра отходить, и плюс расстояние на расширительный бачок.[/warning]

Наибольшим плюсом, которым обладает гравитационная отопительная система, является, то, что самотек воды выполняется без участия других систем. Это означает, что в случае использования дровяного котла, горячая вода будет поступать в систему самотеком без использования насоса или какого-либо другого оборудования, требующего включения электричества.

Правда, при помощи таких схем можно обогревать только дома небольшой площади, поскольку существует ограничение длины контура труб не более 30 метров. Такая система еще носит название ленинградка.
Разновидности самотечных отопительных систем

Используется одна или две трубы, и это не влияет на принцип работы, поскольку вода поднимается как можно выше, где учитывается уклон, а далее она поступает во все элементы системы. Двухтрубный вариант системы закрытого типа отличается тем, что вода переходит в соседнюю ветку, через вход обратки котла.

Отличием однотрубной системы является то, что здесь на вход вода поступает от последнего радиатора. Подобный принцип применяется и в отопительных системах, сделанных своими руками.

Узнать подробнее об однотрубной системе отопления можно в данном материале: https://teplo.guru/sistemy/odnotrubnaya-sistema-otopleniya.html

Используемые радиаторы отопления

Наиболее значимый показатель здесь – это минимальное сопротивление потоку воды. А от ширины просвета радиатора зависит струя теплоносителя, вне зависимости от того, используете вы трубы из полипропилена или из других материалов. Однако, чугунные радиаторы в данном отношении будут просто идеальными, особенно когда используется однотрубная система. Они имеют наименьшее гидравлическое сопротивление.

Хорошо себя зарекомендовали в использовании алюминиевые и биметаллические радиаторы, но нужно обращать внимание на их внутренний диаметр, который не должен быть менее 3/4”. Этого будет для отопления одноэтажного дома вполне достаточно, не используя циркуляционный насос. Разрешается использовать стальные трубчатые батареи.
[advice]Обратите внимание: нежелательно использовать на водяное отопление панельные батареи из стали или другие с маленьким сечением, через которые вода или не сможет протекать вообще, или же будет проходить очень небольшой струйкой, что в однотрубной разновидности ограничит циркуляцию или станет для нее препятствием.[/advice]

Разновидности схем подключения радиаторов

Характерно, что для хорошего отопления недостаточно того, чтобы котлы хорошо нагревали воду. Очень важно для поступления теплоносителя в радиаторы правильно их подключить.

На практике для однотрубного используется нерегулируемое последовательное подключение. Правда, этой проблемы удастся избежать, если у вас будет использована двухтрубная система. Данная система также не использует регулятор, однако, если радиатор завоздушится, система будет функционировать, поскольку вода будет проходить через перемычку (байпас). Правда для такой системы, как теплый пол, данный вариант не подходит.

Подробнее о необходимости установки байпаса можно прочитать здесь: https://teplo.guru/elementy/truby/baipas-2.html

Установка за перемычкой двух шаровых кранов позволяет, перекрыв поток, снять или отключить радиаторы, при этом систему останавливать не нужно. Так правильный расчет радиаторов отопления позволит Вам помещение оснастить теплоаккумулятором.
[warning]Совет специалиста: циркуляция воды в системе осуществляется за счет разницы температур и разной плотности, поэтому обратный клапан устанавливать не нужно.[/warning]

Выбор труб

Выбирая трубы для отопления, большое значение имеет не только диаметр, но и материал, из которого они изготовлены, а, если быть точнее, гладкость их стенок, поскольку это коренным образом влияет на систему.

Также, на выбор материала большое влияние оказывает котел, поскольку в случае с твердотопливным предпочтение следует отдать стальным, оцинкованным трубам или же изделиям из нержавейки, в связи с высокой температурой рабочей жидкости.

Однако, металлопластиковые и армированные трубы предполагают использование фитингов, что значительно сужает просвет, армированные полипропиленовые трубы будут идеальным вариантом, при рабочей температуре 70С, и пиковой – 95С.

Изделия из особого пластика PPS имеют рабочую температуру 95С, и пиковую – до 110С, что позволяет использовать в открытой системе.

Особенности систем самотеком

Ввиду того, что образуются турбулентные потоки, точные расчеты систем провести не удается, поэтому при их проектировке берутся усредненные значения, для этого:

• максимально поднимают точку разгона;

• используют широкие трубы подачи;

• необходимо сделать расчет количества радиаторов.

Далее от начала первого расхождения до каждого последующего подключают трубу меньшего диаметра на шаг, равный ему, что задействует инерционные потоки.

Также существуют и другие особенности монтажа самотечных систем. Так, трубы должны прокладываться под углом 1-5%, на что влияет протяженность трубопровода. Если в системе достаточный перепад высот и температур, можно использовать и горизонтальную разводку. Важно следить, чтобы не было участков с отрицательным углом, поскольку движением теплоносителя их не удастся достать, по причине образования в них воздушных пробок.

Так, принцип работы может основываться на открытом типе или быть мембранного (закрытого) типа. Если сделать монтаж горизонтальной ориентации, рекомендуется на каждом радиаторе установить краны Маевского, поскольку с их помощью легче ликвидировать воздушные пробки в системе.

Смотрите видео, в котором специалист рассказывает об условиях возможности применения самотечной, безнасосной, гравитационной системы отопления:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как произвести обвязку и подключение твердотопливного котла к системе отопления

В отличие от электрических и газовых отопительных агрегатов, котлы, работающие на твёрдом топливе, практически никогда не оснащаются циркуляционными насосами, группой безопасности, устройствами регулировки и управления. Каждый решает эти вопросы самостоятельно, выбирая схему обвязки обогревающего прибора в соответствии с типом и особенностями системы обогрева. От того, насколько правильно будет выполнен монтаж теплогенератора, зависит не только экономичность и производительность отопления, но и его надёжная, безаварийная работа. Именно поэтому важно включить в схему узлы и устройства, которые обеспечат долговечность отопительного агрегата и его защиту при возникновении нештатных ситуаций.

Кроме того, при монтаже твердотопливного котла не стоит отказываться от оборудования, которое создаёт дополнительное удобство и комфорт. При помощи теплоаккумулятора можно решить проблему перепада температур во время перезагрузки котла, а бойлер косвенного нагрева обеспечит дом горячей водой. Задумались о подключении твердотопливного отопительного агрегата по всем правилам? Мы поможем вам в этом!

Типовые схемы обвязки твердотопливных котлов

Мнение о том, что твердотопливный котёл представляет собой морально устаревший агрегат, покрытый грязью и копотью, ошибочно, не так ли?

Сложность управления процессом горения в твердотопливных котлах приводит к большой инерционности отопительной системы, что негативно сказывается на удобстве и безопасности во время эксплуатации. Ситуация осложняется ещё и тем, что КПД агрегатов этого типа напрямую зависит от температуры теплоносителя. Для эффективной работы отопления обвязка должна обеспечивать температуру теплового агента в пределах 60 – 65 °С. Разумеется, при неправильной интеграции оборудования такой нагрев при плюсовой температуре «за бортом» будет весьма некомфортным и неэкономичным. Кроме того, полноценная работа теплогенератора зависит от ряда дополнительных факторов — типа отопительной системы, количества контуров, наличия дополнительных потребителей энергии и т. д. Представленные ниже схемы обвязок учитывают самые распространённые случаи. Если же ни одна из них не отвечает вашим требованиям, то знания принципов и особенностей структуры отопительных систем помогут в разработке индивидуального проекта.

Система открытого типа с естественной циркуляцией в частном доме

Прежде всего, необходимо отметить, что открытые системы гравитационного типа считаются наиболее подходящими для твердотопливных котлов. Связано это с тем, что даже в экстренных случаях, связанных с резким повышением температуры и давления, отопление, скорее всего, останется герметичным и работоспособным. Немаловажно и то, что функциональность обогревающего оборудования не зависит от наличия электропитания. Учитывая, что котлы, работающие на дровах, устанавливают не в мегаполисах, а в удалённых от благ цивилизации районах, этот фактор не покажется вам таким уж малозначительным. Конечно, эта схема не лишена недостатков, главными из которых являются:

свободный доступ кислорода к системе, что вызывает внутреннюю коррозию труб;
необходимость в пополнении уровня теплоносителя вследствие его испарения;
неравномерность температуры теплового агента в начале и в конце каждого контура.

Слой любого минерального масла толщиной в 1 – 2 см, налитого в расширительный бак, предотвратит попадание кислорода в теплоноситель и снизит скорость испарения жидкости.

Несмотря на недостатки, гравитационная схема очень популярна ввиду её простоты, надёжности и низкой стоимости.

Схема монтажа твердотопливного агрегата в отопительной системе открытого типа

Принимая решение выполнять монтаж данным способом, учтите, что для нормальной циркуляции теплоносителя вход котла должен находиться ниже радиаторов отопления не менее, чем на 0.5 м. Трубы подачи и обратки должны иметь уклоны для нормальной циркуляции теплоносителя. Кроме того, важно правильно рассчитать гидродинамическое сопротивление всех веток системы, а в процессе проектирования стараться уменьшить число запорной и регулирующей арматуры. Правильная работа системы с естественной циркуляцией теплоносителя зависит и от места установки расширительного бачка — он должен подключаться в самой высокой точке.

Закрытая система с естественной циркуляцией

Установка на обратной магистрали расширительного бачка мембранного типа позволит избежать вредного воздействия кислорода и избавит от необходимости контроля уровня теплоносителя.

Конструкция мембранного расширительного бака

Принимая решение оборудовать гравитационную систему герметичным расширительным бачком, учитывайте следующие моменты:

ёмкость мембранного бака должна вмещать не менее 10% объёма всего теплоносителя;
на трубе подачи обязательно должен быть установлен предохранительный клапан;
самая верхняя точка системы должна быть оборудована воздухоотводчиком.

Дополнительные устройства, которые входят в группу безопасности котла (предохранительный клапан и воздухоотводик), придётся приобретать отдельно — производители очень редко комплектуют агрегаты подобными устройствами.

Предохранительный клапан позволяет произвести сброс теплоносителя в случае, если давление в системе превысит критическое значение. Нормальным рабочим показателем считается давление от 1.5 до 2 атм. Аварийный клапан настраивают на величину 3 атм.
Более подробно об этой системе узнаете из нашей следующей статьи: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/razvodka-otopitelnoj-sistemy/zakrytaya-sistema-otopleniya.html.

Особенности систем с принудительным движением теплоносителя

Для того чтобы выровнять температуру на всех участках, в закрытую отопительную систему интегрируют циркуляционный насос. Поскольку этот агрегат может обеспечить принудительное движение теплоносителя, требования к уровню установки котла и соблюдению уклонов становятся ничтожными. Тем не менее, не стоит отказываться от автономности естественного отопления. Если на выходе из котла установить обходную ветку, именуемую байпасом, то в случае отключения электричества циркуляцию теплового агента обеспечат силы гравитации.

Применение байпаса позволит при необходимости переключиться на естественный способ циркуляции теплоносителя

Электрическая помпа устанавливается на обратной магистрали, между расширительным баком и входным штуцером. Благодаря пониженной температуре теплоносителя насос работает в более щадящем режиме, что увеличивает его долговечность.

Установка циркуляционного агрегата на обратке необходима ещё и в целях безопасности. При закипании воды в котле возможно образование пара, попадание которого в центробежный насос чревато полным прекращением движения жидкости, что может привести к аварии. Если же прибор будет установлен на входе в теплогенератор, то он сможет обеспечивать циркуляцию теплоносителя даже при возникновении нештатных ситуаций.

Подключение через коллекторы

В случае если к твердотопливному котлу требуется подключить несколько параллельных веток с радиаторами, водяной тёплый пол и т. д., то требуется балансировка контуров, иначе теплоноситель пойдёт по пути наименьшего сопротивления, а остальные участки системы останутся холодными. С этой целью на выходе из отопительного агрегата устанавливают один или несколько коллекторов (гребёнок) – распределительных устройств с одним входом и несколькими выходами. Монтаж гребёнок открывает широкие возможности для подключения нескольких циркуляционных насосов, позволяет подавать к потребителям тепловой агент одинаковой температуры и регулировать его подачу. Единственным минусом обвязки этого типа можно считать усложнение конструкции и повышение стоимости отопительной системы.

Коллекторная обвязка твердотопливного котла

Отдельным случаем коллекторной обвязки является подключение с гидрострелкой. Её отличие от обычного коллектора заключается в том, что это устройство выступает своего рода посредником между отопительным котлом и потребителями. Выполненная в виде трубы большого диаметра, гидрострелка устанавливается вертикально и подключается к входному и напорному патрубкам котла. При этом врезку потребителей делают на различной высоте, что позволяет подобрать оптимальную температуру для каждого контура.

Установка аварийных и регулировочных систем

Аварийные и регулировочные системы служат нескольким целям:

защита системы от разгерметизации в случае неконтролируемого повышения давления;
регулировка температуры отдельных контуров;
защита котла от перегрева;
предотвращение конденсационных процессов, связанных с большим перепадом температуры подачи и обратки.

Для решения задач безопасности системы в схему обвязки вводят предохранительный клапан, аварийный теплообменник или контур естественной циркуляции. Что же касается вопросов регулирования температуры теплового агента, то в этих целях применяют термостатические и управляемые клапаны.

Обвязка с трёхходовым клапаном

Устройство трёхходового смесительного клапана

Твердотопливный котёл является отопительным агрегатом периодического действия, поэтому он подвергается опасности коррозии из-за конденсата, который выпадает на его стенках во время разогрева. Связано это с попаданием слишком холодного теплоносителя из обратки в теплообменник отопительного агрегата. Устранить опасность этого фактора можно при помощи трёхходового клапана. Это устройство представляет собой регулируемый вентиль с двумя входами и одним выходом. По сигналу с датчика температуры трёхходовой клапан открывает канал подачи горячего теплоносителя на вход котла, препятствуя возникновению точки росы. Как только отопительный агрегат войдёт в рабочий режим, подача жидкости по малому кругу прекращается.

Схема обвязки с трёхходовым клапаном

Довольно распространённой ошибкой является монтаж центробежного насоса до трёхходового вентиля. Естественно, при закрытом клапане ни о какой циркуляции жидкости в системе не может быть и речи. Правильно будет устанавливать помпу после регулировочного устройства.

Трёхходовой клапан можно использовать и для регулировки температуры теплового агента, поступающего к потребителям. В этом случае устройство настраивают на работу в другую сторону, подмешивая холодный теплоноситель из обратки в подачу.

Схема с буферной ёмкостью

Схема системы отопления с буферной ёмкостью

Низкая управляемость твердотопливных котлов требует постоянного контроля за количеством дров и тягой, что значительно снижает удобство при их эксплуатации. Загружать больше топлива и при этом не переживать по поводу возможного закипания жидкости позволит монтаж буферной ёмкости (теплоаккумулятора). Это устройство представляет собой герметичный бак, отделяющий отопительный агрегат от потребителей. Благодаря большому объёму, буферная ёмкость может накапливать избыточное тепло и по мере необходимости отдавать его радиаторам. Отрегулировать температуру жидкости, поступающей из теплоаккумулятора, поможет узел смешивания, который использует всё тот же трёхходовой клапан.

Элементы обвязки, обеспечивающие безопасность отопительной системы

Обвязка с аварийным контуром

Кроме предохранительного клапана, о котором говорилось выше, защита отопительного агрегата от перегрева решается при помощи аварийного контура, по которому в теплообменник подаётся холодная вода из водопровода. В зависимости от конструкции котла подача охлаждающей жидкости может осуществляться непосредственно в теплообменник или специальный змеевик, установленный в рабочей камере агрегата. К слову, именно последний вариант является единственно возможным для систем с залитым антифризом. Подача воды осуществляется при помощи трёхходового вентиля, которым управляет датчик, установленный внутри теплообменника. Сброс «отработанной» жидкости происходит по специальной магистрали, соединённой с канализацией.

Схема с подключением бойлера косвенного нагрева

Обвязка с подключением бойлера для горячего водоснабжения может применяться для отопительных систем всех типов. Для этого специальную теплоизолированную ёмкость (бойлер) подключают к водопроводу и системе ГВС, а внутри водонагревателя устанавливают змеевик, который врезают в магистраль подачи теплового агента. Проходя по этому контуру, горячий теплоноситель отдаёт тепло воде. Нередко бойлер косвенного нагрева оснащают ещё и ТЭНами, благодаря которым появляется возможность получать горячую воду в тёплое время года.

Трёхходовый клапан может быть использован и в схеме обвязки бойлера косвенного нагрева. Более подробно об этом читайте в нашем материале: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/kotelnaya/obvyazka-bojlera-kosvennogo-nagreva.html.

Видео: Обвязка твердотопливного котла

Правильная установка твердотопливного котла в отопительную систему закрытого типа

Огромным преимуществом твердотопливных котлов является то, что для их установки не требуется никаких разрешительных документов. Монтаж вполне можно провести собственноручно, тем более, что для этого не потребуется ни специального инструмента, ни особых знаний. Главное — ответственно подойти к работе и соблюдать очерёдность всех этапов.

Обустройство котельной

Недостатком отопительных агрегатов, используемых для сжигания дров и угля, является необходимость в специальном, хорошо проветриваемом помещении. Конечно, можно было бы установить котёл в кухне или ванной, однако, периодический выброс дыма и копоти, грязь от топлива и продуктов сгорания делают эту затею непригодной для реализации. К тому же установка сжигающего оборудования в жилых комнатах ещё и небезопасна — выброс чадного газа может привести к трагедии.

Твердотопливный котёл лучше всего устанавливать вне жилых помещений

При установке теплогенератора в котельной соблюдают несколько правил:

расстояние от топочной дверцы до стены должно быть не менее 1м;
на расстоянии не выше 50 см от пола и не ниже 40 см от потолка должны быть установлены вентиляционные каналы;
в помещении не должны находиться горюче-смазочные и легковоспламеняющиеся вещества и предметы;
площадку-основание перед зольником защищают при помощи металлического листа размерами не менее 0.5х0.7 м.

Кроме того, в месте установки котла предусматривают проём под дымовую трубу, которую выводят наружу. Конфигурацию и размеры дымохода производители указывают в техническом паспорте, поэтому выдумывать ничего не потребуется. Конечно, если возникнет необходимость, то от требований документации можно отклониться, однако в любом случае канал для отвода продуктов горения должен обеспечивать отличную тягу в любую погоду.

Как правильно смонтировать дымоход

Устанавливая дымовую трубу, все соединения и щели заделывают герметизирующими материалами, а также предусматривают окна для очистки каналов от сажи и улавливатель для конденсата.

Подготовка к установке обогревающего агрегата

Перед установкой котла выбирают схему обвязки, рассчитывают длину и диаметр трубопроводов, количество радиаторов, тип и количество дополнительного оборудования и запорно-регулирующей арматуры.

Несмотря на всё разнообразие конструкторских решений, специалисты рекомендуют выбирать комбинированное отопление, которое сможет обеспечить принудительную и естественную циркуляцию теплоносителя. Поэтому при расчётах необходимо продумать, каким образом будет установлен параллельный участок трубопровода подачи (байпас) с центробежным насосом и предусмотреть необходимые для работы гравитационной системы уклоны. Не стоит отказываться и от буферной ёмкости. Конечно, её установка повлечёт дополнительные расходы. Тем не менее, накопитель этого типа сможет выровнять температурную кривую, а одной закладки топлива хватит на более продолжительное время.

Подключение котла к отопительной системе с буферной ёмкостью двойного назначения

Особый комфорт предоставит теплоаккумулятор с дополнительным контуром, который используется для горячего водоснабжения. Учитывая тот факт, что из-за установки твердотопливного агрегата в отдельной комнате значительно увеличивается длина контура ГВС, на нём монтируют дополнительный циркуляционный насос. Это устранит необходимость сливать холодную воду в ожидании, когда пойдёт горячая.

Перед монтажом котла обязательно надо предусмотреть место для расширительного бачка и не забывать об устройствах, призванных снизить давление в системе в критических ситуациях. Простая схема обвязки, которую можно использовать в качестве рабочего проекта, показана на нашем рисунке. Она объединяет всё рассмотренное выше оборудование и обеспечивает его правильную и безаварийную работу.

Ещё больше информации об обустройстве помещения-котельной и установке оборудования узнаете из нашей статьи: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/kotelnaya/kotelnaya-v-chastnom-dome.html.

Монтаж и подключение твердотопливного теплогенератора

После проведения всех необходимых расчётов и подготовки оборудования и материалов приступают к монтажу.

Устанавливают на место, выравнивают по уровню и крепят отопительный агрегат, после чего к нему подключают дымоход.
Крепят радиаторы отопления, устанавливают теплоаккумулятор и расширительный бак.
Монтируют трубопровод подачи и байпас, на котором устанавливают центробежный насос. На обоих участках (прямом и обводном) устанавливают шаровые краны для того, чтобы теплоноситель можно было транспортировать принудительным или естественным способом.
Напоминаем, что центробежный насос можно устанавливать только при правильной ориентации вала, который должен находиться в горизонтальной плоскости. Схемы всех возможных вариантов монтажа производитель указывает в инструкции на изделие.
Напорную магистраль подключают к теплоаккумулятору. Надо сказать, что и входной, и выходной патрубки буферного бака должны быть установлены в его верхней части. Благодаря этому количество тёплой воды в ёмкости не будет оказывать влияния на готовность отопительного контура. Обязательно отметим тот факт, что остывание котла в период перезагрузки будет снижать температуру в системе. Связано это с тем, что в это время теплогенератор будет работать в качестве воздушного теплообменника, отдавая тепло из отопительной системы в дымовую трубу. Чтобы устранить это недочёт, в котловом и отопительном контуре устанавливают отдельные циркуляционные насосы. Поместив термопару в зону горения, можно останавливать движение теплоносителя через контур котла при затухании огня.
Монтаж отдельных насосов на котловом и теплообменном контуре сможет решить проблему утечки тепла через котёл при его остывании
На магистрали подачи устанавливают предохранительный клапан и воздухоотводчик.
Подключают аварийный контур котла или монтируют запорно-регулирующую арматуру, которая при закипании воды откроет магистраль её сброса в канализацию и канал подачи холодной жидкости из водопровода.
Монтируют обратный трубопровод от теплоаккумулятора к отопительному агрегату. Перед входным патрубком котла устанавливают циркуляционный насос, трёхходовой клапан и фильтр-отстойник.
Отдельно на трубопроводе обратке монтируют расширительный бак.
Обратите внимание! На трубопроводах, которые подключаются к устройствам защиты, запорная арматура не устанавливается. На этих участках должно быть как можно меньше соединений.
Верхний выход теплоаккумулирующей ёмкости соединяют с трёхходовым клапаном и циркуляционным насосом отопительного контура, после чего подключают радиаторы и монтируют обратный трубопровод.
После подключения основных контуров приступают к обустройству системы горячего водоснабжения. Если змеевик теплообменника встроен в буферную ёмкость, то достаточно будет просто подключить к соответствующим патрубкам вход для холодной воды и выход в «горячую» магистраль. При установке отдельного водонагревателя косвенного нагрева используют схему с дополнительным циркуляционным насосом или трёхходовым клапаном. И в том, и в другом случае на входе подачи холодной воды устанавливают обратный клапан. Он перекроет путь для нагретой жидкости в «холодный» водопровод.
Некоторые твердотопливные котлы оснащаются регулятором тяги, работа которого заключается в уменьшении проходного сечения поддувала. Благодаря этому снижается поток воздуха в зону горения и его интенсивность, а соответственно и температура теплоносителя, уменьшается. Если отопительный агрегат имеет такую конструкцию, то монтируют и настраивают привод механизма воздушной заслонки.
Установка автоматического регулятора тяги позволит контролировать процесс горения топлива

Места всех резьбовых соединений должны быть тщательно загерметизированы с помощью сантехнического льна и специальной невысыхающей пасты.

После завершения монтажа в систему заливают теплоноситель, включают на полную мощность центробежные насосы и внимательно осматривают места всех присоединений на предмет утечки. Убедившись в отсутствии подтеканий, разжигают котёл и проверяют работу всех контуров на максимальных режимах.

Особенности интеграции твердотопливного агрегата в открытую отопительную систему

Главной особенностью открытых отопительных систем является контакт теплоносителя с атмосферным воздухом, который происходит с участием расширительного бака. Эта ёмкость призвана компенсировать тепловое расширение теплоносителя, которое происходит при его нагревании. Расширитель врезают в самой высокой точке системы, а для того, чтобы при переполнении бака горячая жидкость не заливала помещение, к его верхней части подключают сливную трубку, второй конец которой выводят в канализацию.

Конструкция расширительного бака открытого типа

Большой объём бака вынуждает устанавливать его на чердак, поэтому понадобится дополнительное утепление расширителя и подходящих к нему трубок, иначе они могут замёрзнуть зимой. Кроме того, надо обязательно помнить, что этот элемент является частью отопительной системы, поэтому его тепловые потери повлекут за собой снижение температуры в радиаторах.

Поскольку открытая система не является герметичной, отпадает необходимость в монтаже предохранительного клапана и подключении аварийных контуров. При закипании теплоносителя давление будет сброшено через расширительный бак.

Отдельное внимание следует уделить трубопроводам. Поскольку вода в них будет идти самотёком, то на циркуляцию будет оказывать влияние диаметра труб и гидравлическое сопротивление в системе. Последний фактор зависит от поворотов, сужений, перепадов уровня и т. д., поэтому их количество должно быть минимальным. Для того чтобы изначально придать потоку воды необходимую потенциальную энергию, на выходе из котла монтируют вертикальный стояк. Чем выше сможет подняться по нему вода, тем выше будет скорость теплоносителя и тем быстрее будут прогреваться радиаторы. В этих же целях вход обратки должен находиться в самой нижней точке отопительной системы.

Напоследок хотелось бы отметить, что в открытых системах предпочтительнее использовать не антифриз, а воду. Связано это с более высокой вязкостью, сниженной теплоёмкостью и быстрым старением вещества при контакте с воздухом. Что же касается воды, то её лучше всего умягчить и при возможности никогда не сливать. Это в несколько раз увеличит срок службы трубопроводов, радиаторов, теплогенератора и другого отопительного оборудования.

Обратите внимание на статью о выборе теплоносителей для систем отопления: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/radiatory/teplonositel-dlya-sistem-otopleniya.html.

Видео: Подключение твердотопливного котла своими руками

Как видите, выбор схемы интеграции котла зависит от многих факторов, включая особенности отопительной системы и необходимость в установке дополнительного оборудования. Если вы успешно разобрались во всех нюансах, то можно смело приступать к работе. Напоследок хотелось бы отметить, что отопление является одной из самых сложных и ответственных инженерных систем. Если у вас нет уверенности в собственных силах, не экспериментируйте. Помните о том, что ошибки при монтаже рано или поздно выльются в серьёзные проблемы, поэтому не стесняйтесь спросить совета у специалистов.

Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые — техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

Как для паровых барабанных систем, так и для прямоточных парогенераторов (OTSG) мы должны иметь непрерывный поток воды по трубам, чтобы система могла непрерывно генерировать пар.

В системе OTSG вода проходит только один раз (за один проход) через трубы котла, прежде чем превратиться в пар и направить в паротурбинный генератор для производства электроэнергии.С другой стороны, в системах с паровым барабаном вода должна пройти много раз (несколько проходов) по трубам, прежде чем она уйдет в виде пара.

Основываясь на двух основных типах циркуляции, паропроизводящие котлы высокого давления (ВД) могут быть классифицированы как:

— Котлы с естественной или тепловой циркуляцией и
— Котлы с принудительной или насосной циркуляцией

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Как показано на рисунке 1 (a), в сливном стакане (труба, по которой поток направлен вниз) отсутствует пар, и секция трубы A-B не нагревается.Подвод тепла приводит к образованию пароводяной смеси в секции B-C, обычно называемой стояком (труба, по которой поток направлен вверх). Из-за того, что пароводяная смесь на участке BC менее плотная (поскольку она более горячая) по сравнению с водой участка AB, термосифонический эффект (сила тяжести) заставит воду течь вниз на участке AB и вверх на участке BC. в сторону парового барабана.

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

В котлах с естественной или тепловой циркуляцией скорость циркуляции сильно зависит от разницы плотностей между ненагретой водой и нагретой пароводяной смесью.Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от следующих факторов:
— Высота котла — Более высокие котлы дают большую разницу давлений между нагретой и неотапливаемой секциями и, как следствие, большую скорость потока.
— Рабочее давление котла — Более высокое рабочее давление дает пар более высокой плотности, а также пароводяные смеси более высокой плотности. Это имеет тенденцию к уменьшению общей разницы в плотности между нагретым и ненагретым сегментами, поскольку плотность жидкой воды остается неизменной, независимо от рабочего давления.Следовательно, более высокое давление снижает расход производимого пара.
— Скорость подводимого тепла — Более высокая мощность подводимого тепла помогает снизить среднюю плотность в нагретой секции и тем самым увеличить общий расход.

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Насос добавлен в замкнутую систему проточного контура, указанную в разделе A-B на рисунке 1 (b). Разница давлений, создаваемая насосом (напором), помогает контролировать расход воды. Устройство понижения давления (отверстие или подобное) также обычно используется в качестве дополнительного механизма управления.

Контур питательной воды и пара котла

В контуре питательной воды и пара котла присутствуют различные компоненты, и мы должны знать некоторые важные компоненты этого контура, а именно: Economizer , барабаны котла , водяные трубы и пароперегреватель .

Экономайзер

Экономайзер — это теплообменник, который забирает тепло от дымовых газов и повышает температуру питательной воды, поступающей из общего коллектора питательной воды , примерно до температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.
Выброс высокотемпературных дымовых газов в атмосферу влечет за собой большие потери энергии. Используя эти газы для нагрева питательной воды, можно достичь более высокой эффективности и большей экономии, поэтому теплообменник называется «экономайзером».
Конструктивно экономайзер представляет собой совокупность изогнутых полых трубчатых элементов, через которые проходит питательная вода. Снаружи трубы обогреваются выхлопными дымовыми газами. Больше нет. из водяных трубок еще будет поверхностью теплообмена.Количество труб и их поперечное сечение предварительно рассчитаны на требуемые параметры котла.
На приведенной выше кривой T-S теневая часть показывает зону экономайзера. Тепло, поглощаемое питательной водой, обозначается «Q _eco».

Еще одним важным компонентом контура питательной воды и пара

является барабан котла.

Барабаны котла

Два типа барабанов котлов , используемых во всех типах котлов, — это паровой барабан и грязевой барабан.У обоих барабанов есть определенные функции.

Паровой барабан

Паровой барабан в паровом контуре питательной воды выполняет следующие функции:

Для хранения воды и пара в количестве, достаточном для удовлетворения меняющихся требований нагрузки.
Для создания напора и тем самым облегчения естественной циркуляции воды через водяных трубок .
Для отделения пара или пара от пароводяной смеси, отводимой по стоякам.
Для помощи в химической обработке для удаления растворенного O ₂ и для поддержания необходимого pH.

Отделение пара от двухфазных смесей в паровом барабане:

Пар должен быть отделен от смеси до того, как она покинет барабан, потому что:
1. Любая влага, переносимая паром, содержит растворенные соли. В пароперегревателе вода испаряется, а соль остается на внутренней поверхности трубок, образуя накипь. Эта накипь сокращает срок службы пароперегревателей.
2. Некоторые примеси во влаге (например, испаренный диоксид кремния) могут вызывать отложения лопаток турбины.

Одной из важных функций парового барабана является отделение пара от пароводяной смеси. При низком давлении (ниже 20 бар; 1 бар = 1,0197 кг / см ²) используется простая гравитационная сепарация. В методе гравитационного разделения частицы воды отделяются от пара из-за большей плотности.
По мере того, как давление внутри корпуса котла увеличивается, плотность пара увеличивается, так как пар очень сжимается. Следовательно, разница между плотностями пара и воды уменьшается.Следовательно, гравитационное разделение становится эффективным.
Следовательно, в паровом барабане котлов высокого давления есть некоторые механические устройства (известные как внутренние части барабана или устройства защиты от всасывания) для отделения пара от воды.
На следующем рисунке показаны различные устройства защиты от засорения, используемые на тепловых электростанциях:
Перегородки — это сепараторы, которые отделяют горячую пароводяную смесь от сухого пара и обеспечивают направляемый путь для сухого пара.
В циклонном сепараторе двухфазная смесь пара и воды может двигаться по спиральной траектории, и из-за центробежных сил частицы воды отделяются от двухфазной смеси.Маленькие лопатки внутри циклонного сепаратора собирают осевшие частицы воды.
В скруббере двухфазная смесь перемещается по зигзагообразной траектории, что обеспечивает окончательную стадию сушки пара.
После скруббера пар переходит на перегретый через перфорированный экран.

Грязевой барабан

Грязевой барабан — это еще один коллектор, который расположен в нижней части котла и обычно помогает в естественной циркуляции воды через паровые трубы.Грязевой барабан обычно содержит воду при температуре насыщения, а также осажденные соли и примеси, известные как шламы. Его периодически промывают для удаления шлама путем открытия выпускного клапана.

Водяные трубы

Они также необходимы для контура питательной воды и пара котла
Водяные трубы представляют собой изогнутые или прямые полые трубы, по которым циркулирует пароводяная смесь. Есть два типа водяных трубок, а именно. вниз и подступенка. Этот нижний стояк в сборе также известен как испаритель (или собственно котел).В испарителе происходит изменение фактического состояния с воды на пар. На диаграмме T-S, расположенной рядом, проиллюстрирована зона испарителя. «Q _eva» — это тепло, поглощаемое испарителем. В основном это скрытая теплота испарения воды.

Нижние части Водяные трубы

Как следует из названия, нижние части представляют собой водяные трубки, по которым вода спускается из парового барабана в грязевой барабан (см. Рис.). Пузырьки пара не должны вытекать вместе с насыщенной водой из барабана в нижние уголки.Это уменьшит разницу в плотности и напор для естественной циркуляции.

Райзеры Водяные трубы

Райзеры представляют собой водяные трубы, по которым двухфазная смесь водяного пара при температуре насыщения поднимается от грязевого барабана к паровому барабану. Подступенки обычно находятся рядом с печами, а нижние ступени — подальше от печей.

Суперонагреватели

Пароперегреватель — еще одна важная часть контура подпиточной воды и пара котла

Пароперегреватель является важным элементом контура подпиточной воды и пара.По сути, это теплообменник, в котором тепло передается насыщенному пару для повышения его температуры. В котлах высокого давления более 40% общего тепла поглощается пароперегревателями. Диаграмма T-S рядом показывает тепло, поглощаемое пароперегревателем, и обозначено «Q _sh».
В пароперегревателе скорость поглощения тепла больше. Значит, в современных водотрубных котлах их больше. Следовательно, в современных водотрубных котлах больше поверхностей перегрева.
Трубки пароперегревателя подвергаются воздействию самого высокого давления и температуры пара внутри и максимальной температуры газа снаружи. Они сделаны из самых дорогих сплавов.

Функции пароперегревателя

Повышение температуры пара на входе обеспечивает постоянное повышение эффективности цикла. Следовательно, функция пароперегревателя заключается в повышении общей эффективности. Кроме того, он снижает содержание влаги на последних ступенях турбины и, таким образом, увеличивает внутренний КПД турбины.
Однако повышение температуры ограничено свойствами конструкционных материалов котлов и турбин. Обычно оптимальная температура пара поддерживается на входе в турбину 450 ^o ° C.

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Теплогидравлическая система контура естественной циркуляции (NCL) является важным аспектом в конструкции, эксплуатации и безопасности всех концепций Gen IV. Некоторые концепции полагаются на естественную циркуляцию для нормальных рабочих условий и нестандартных условий безопасности.Другие зависят от естественной циркуляции только в пассивных ненормальных условиях безопасности. Целью пассивных систем безопасности с естественной циркуляцией является поддержание системы в безопасном отключенном состоянии в течение длительных периодов времени без необходимости вмешательства оператора или наличия электроэнергии.

Пассивные системы безопасности на основе естественной циркуляции предназначены для обеспечения максимального теплоотвода в случае нарушения нормальной работы системы охлаждения реактора. Из-за его критической важности фундаментальное понимание свойств и характеристик гидродинамики естественной циркуляции, тепловых откликов и термодинамики в сложном инженерном оборудовании энергетических систем ядерных реакторов имеет важное значение.Для систем поколения IV, которые основаны на естественной циркуляции в нормальных рабочих состояниях, также необходимо хорошо понимать свойства и характеристики в установившихся условиях.

В целом потоки с естественной циркуляцией, встречающиеся на атомных электростанциях, будут связаны с замкнутыми контурами, состоящими из трубопроводов, проточных каналов различной формы и нескольких компонентов оборудования. Петли обычно закрыты, но отказ трубопровода, составляющего петлю, может нарушить естественную циркуляцию и сделать систему непригодной для использования по назначению.Вторичная сторона парогенераторов (ПГ) для заводов, использующих естественную циркуляцию для нормальной работы, характеризуется как НКП с пропускной способностью; ввод питательной воды из конденсатора и отбор пара на выходе из ПГ для питания турбин. Все эти системы будут иметь области, в которых поток идет по параллельным каналам, таким как тепловыделяющие стержни и пучки тепловыделяющих элементов, в активной зоне и трубы в SG и HEX.

Потоки с естественной циркуляцией вокруг контуров и потоки в параллельных каналах подвержены как отклонениям от установившегося режима работы, так и переходам в колебательные и потенциально нестабильные состояния.Таким образом, энергетические системы ядерных реакторов поколения IV сочетают в себе тип потока жидкости и геометрию, которые, как известно, потенциально могут привести к нежелательным состояниям. В частности, следует избегать нежелательных колебательных состояний при установившемся режиме работы. Вся система и связанный с ней рабочий диапазон предназначены для предотвращения нестабильных состояний.

Обсуждения в следующих разделах будут сосредоточены на теплогидравлических свойствах и характеристиках потоков в параллельных каналах и NCL. Будет кратко рассмотрена литература по общим аспектам аналитического, экспериментального, математического моделирования, численным методам решения и вычислительным аспектам этих потоков.Эти аспекты, связанные с конкретными системами Gen IV, также будут обсуждаться.

Циркуляционная система котла: помимо паропроизводящего котла

Основное назначение парогенерирующего котла — производство пара для выработки электроэнергии. Перегретый пар поступает из котла в турбину и вращает лопасти турбины, создавая электричество. То, как вода поступает и выходит из котла, называется системой циркуляции пара и котла. Трубы и трубки, из которых состоят эти кровеносные системы, состоят из многих частей.

Для того, чтобы котел непрерывно производил пар, по его трубам должна циркулировать вода. В котлах используется тепловая циркуляция, при которой вода подвергается нагреву и начинает превращаться в пароводяную смесь. Поскольку комбинация воды и пара менее плотная, чем вода, сила тяжести заставит воду опускаться, а смесь пара и воды подниматься.

Все парогенераторные котлы имеют одинаковую систему, описанную ниже. В этой статье наш пример — излучающий пылевидный угольный котел.

Излучающий пылевидный угольный котел делится на три части:

Участок топки, где расположен источник тепла
Участок пароперегревателя, где производится перегретый пар
конвекционный проход или зона рекуперации тепла, где расположен экономайзер.

В этих зонах смесь воды и пара циркулирует по котлу. На Рисунке 1 показана типичная циркуляционная система излучающего котла.

Система циркуляции воды / пара

Прежде чем вода попадет в парогенератор, ее необходимо предварительно обработать и очистить от минералов и щелочей (например,g., железо или кальций), которые могут закупорить трубки и нарушить нормальную циркуляцию. После обработки или очистки вода предварительно нагревается в баках подогревателя питательной воды. Затем подогретая вода поступает в котел через входной коллектор экономайзера. Система трубопроводов, по которой вода поступает во впускной коллектор экономайзера, называется системой трубопроводов питательной воды. (Примечание: температуры, показанные на Рисунке 1 для каждой системы, взяты из исторических данных и будут варьироваться в зависимости от конструкции и режима работы котла.)

Для лучистого котла температура нагревателя питательной воды на входе экономайзера составляет приблизительно 483ºF (для промышленного котла или котла с псевдоожиженным слоем температура будет примерно на 100ºF меньше).Вода циркулирует вверх по трубкам экономайзера к выходному коллектору экономайзера, где она достигает 576 ° F. Из выходного коллектора экономайзера вода / пар проходит через соединительные трубы экономайзера IPS диаметром 8 дюймов в паровой барабан.

Паровой барабан имеет диаметр 6,5 футов и собирает и распределяет воду / пар, непрерывно циркулируя в котле. Как только вода / пар попадает в барабан из выпускного коллектора экономайзера через соединительную трубу экономайзера, он направляется вниз по трубам, называемым сливными стаканами, под действием силы тяжести.

Нисходящие стаканы представляют собой трубы большого диаметра (25 дюймов IPS), которые отводят воду / пар, поступающие из парового барабана, к нижним коллекторам водяной стенки конвекционного прохода и стенкам печи.

Подающие трубки (диаметром 5 дюймов) подают пар / воду из сливных стаканов в отдельные нижние коллекторы водяной стенки. Затем вода / пар поднимается по стеновым трубам (естественная тепловая циркуляция) до тех пор, пока не достигнет верхних коллекторов водяной стенки. Температура воды / пара к этому времени достигла 688ºF.Подъемные трубы, названные так в честь воды / пара, поднимающейся из верхних водяных коллекторов, возвращают воду / пар при 688ºF обратно в паровой барабан.

Циркуляционная система воды / пара заканчивается внутри парового барабана. Однако до того, как пар попадет в следующую систему кровообращения, остается еще один шаг. Смесь воды и пара, поступающая в барабан, все еще содержит влагу (воду) и поэтому должна поступать в зону разделения пара и воды в верхней половине парового барабана. Зона разделения пара и воды состоит из множества цилиндрических труб, называемых циклонными сепараторами.Циклонные сепараторы вращают смесь влажной воды и пара в циклонном режиме, отделяя воду от влажной смеси за счет центробежной силы. Влажная влага падает в нижнюю половину парового барабана, где она смешивается с водой / паром, выходящим из выпускного коллектора экономайзера, попадает в сливные стаканы и снова начинает циркуляционный процесс.

Циркуляционная система перегретого пара начинается с уже сухого пара при температуре 688ºF. Сухой пар поднимается из парового барабана из циклонных сепараторов через соединительный трубопровод для выпуска пара в верхней части парового барабана.Соединительный трубопровод выхода пара подводит сухой пар в систему циркуляции перегретого пара котла.

Циркуляционная система перегретого пара

В системе циркуляции перегретого пара сухой пар из котла перегревается и направляется в электрогенератор или турбину. Трубы, объединенные в секции с несколькими петлями, подвешены внутри котла, где горячие дымовые газы из топки проходят вокруг этих рядов труб. Количество рядов трубок пароперегревателя зависит от размера котла и требований к температуре пара на выходе.

Циркуляционная система перегретого пара начинается с сухого пара 688 ° F, поступающего из парового барабана через соединительный трубопровод для выхода пара во входной коллектор первичного пароперегревателя. Пар циркулирует через впускные и выпускные блоки первичного пароперегревателя, циркулируя вверх и вниз, пока не достигнет выходного коллектора первичного пароперегревателя. Температура пара достигла 811ºF. По соединительной трубе пар передается во входной коллектор вторичного пароперегревателя. Между первичным выпускным коллектором и вторичным впускным коллектором расположены регуляторы разбрызгивания воды.Attemperators — это коллекторы с датчиками, которые могут отслеживать и регулировать температуру пара, выходящего из выпускного коллектора первичного пароперегревателя. Они названы так потому, что распыляют воду или влажный пар как средство контроля температуры.

Пар с температурой 811ºF циркулирует через секции трубы вторичного пароперегревателя, поднимаясь и опускаясь, пока не достигнет выходного коллектора вторичного пароперегревателя. Температура сухого перегретого пара теперь составляет 1 005 ° F.

Ряды труб первичной и вторичной секций пароперегревателя находятся над трубами свода печи.Трубы водяной стенки, расположенные непосредственно под пучками труб, иногда называют трубами пола пароперегревателя. На Рисунке 1 обратите внимание, что секция труб первичного и вторичного пароперегревателя размещается в середине блока, непосредственно между конвекционным проходом (областью рекуперации тепла) и областью топки котла. Также обратите внимание, что секции трубы вторичного пароперегревателя находятся перед секциями трубы первичного пароперегревателя, улавливая больше максимального количества тепла печи.

Связанные трубопроводы

Для всех открытых трубопроводов снаружи котла требуется изоляция и отделочный материал (например,г., алюминиевая оболочка). Понимание исходной температуры трубопроводной системы, требующей изоляции, имеет первостепенное значение. Температура дренажных линий от входа экономайзера отличается от температуры дренажных линий нижних коллекторов водяной стенки. Трубопровод нагнетателя сажи может исходить либо от первичного выпускного коллектора, либо от вторичного выпускного коллектора.

Толщина изоляции должна зависеть от того, откуда идет трубопровод. Существует много индивидуально изолированных трубопроводов разных размеров.См. Типичный отвод трубопроводов излучающего котла на Рисунке 2, на котором показано более 3500 линейных футов индивидуально изолированного трубопровода и более 2800 квадратных футов покрытия из минеральной ваты для труб, которые могут быть объединены в жгуты.

Заключение

Понимание системы циркуляции воды и пара в котле — первый шаг в правильной конструкции котла. Основная функция котла — производить пар для выработки электроэнергии. Только зная системы циркуляции котла, их температуру и функцию котла, проектировщики и установщики смогут должным образом изолировать системы трубопроводов и максимально повысить энергоэффективность.Чем лучше мы понимаем систему циркуляции пара в котле, тем лучше и экономичнее будут системы изоляции.

Список литературы

Информация, содержащаяся в этой статье, была получена в основном из открытых источников, без прямого участия каких-либо производителей котлов.

Combustion Fossil Power, Combustion Engineering, Inc.,
4-е издание (1991).

Steam, его создание и использование, Babcock & Wilcox Company,
40-е издание (1992).

Рисунок 1
Типовая циркуляционная система излучающего котла
Рисунок 2
Типовой отвод трубопроводов излучающего котла
Рисунок 3
Электрогенератор
Рисунок 4
Нагрев и перекачка питательной воды
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ
Инженерное обучение
ЛИСТ НАЗНАЧЕНИЯ

БАЗОВЫЙ ПАРОВОЙ ЦИКЛ / КОТЛЫ
Номер присвоения 60B-102
ВВЕДЕНИЕ
Пар — это рабочее вещество, используемое для приведения в движение многих надводных кораблей, включая атомные и паровые корабли с традиционными двигателями.Центральное место в понимании работы парового двигателя занимает основной паровой цикл, процесс, в котором мы генерируем пар в котле, расширяем пар через турбину для извлечения работы, конденсируем пар в воду и, наконец, подаем воду обратно в котел. . Это достигается серией теплопередач и рабочих обменов по всей системе. Мы познакомим вас с основами морской силовой установки и вспомогательных котлов, рассмотрим основной паровой цикл и подробно рассмотрим основные компоненты этого цикла, уделяя особое внимание требуемым температурам и давлениям, а также тем, где добавляются и удаляются тепло и работа.
ТЕМА УРОКА ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
Терминал Цель:
2.0 ОБЪЯСНИТЕ основы и принципы термодинамики и механики жидкости в отношении проектирования, строительства и эксплуатации оборудования машиностроительных заводов. (JTI: A)
Обеспечивающие цели:
2.10 ОПИСАТЬ теорию естественной циркуляции и ее применение к работе котла.
2.11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ конечных точек котла.
2.12 НАРИСИТЕ и НАКЛЕЙТЕ схему основного парового цикла, включающую функции следующих основных компонентов:
а.Паровой котел.
г. Перегреватель.
г. Турбина высокого давления.
г. Турбина низкого давления (с задними элементами).
e. Главный конденсатор.
ф. Главный воздушный эжектор.
г. Главный конденсатный насос.
ч. Конденсатор эжектора главного воздуха.
I. Бак деаэрирующий питательный (DFT).
Дж. Подкачивающий насос основной подачи.
к. Главный питающий насос.
л. Экономайзер.
г. Судовой турбогенератор (ССТГ).
п. Выхлопной ствол турбины НД.
о. Хотвелл.
с. Узел понижающей передачи.
кв. Пароохладитель.
2.13 ОПИСАТЬ типы пропульсивных котлов:
а. 1200 фунтов на квадратный дюйм, однопечная D.
г. 600 фунтов на квадратный дюйм, однопечная D.
2.14 ОПИСАТЬ типы дополнительных котлов:
а. Водяная труба-естественная циркуляция.
г. Котлы-утилизаторы.
2.15 СОСТОЯНИЕ, в каких системах / оборудовании используется основной пар.
2.16 ОПИСАТЬ операции с перекрестными и раздельными соединениями.
2.17 УКАЗАТЬ нормальные рабочие значения следующих пунктов применительно к паровой силовой установке.
а. Температура и давление на выходе из пароохладителя.
г. Температура и давление на выходе перегревателя.
г. Температура выхлопа турбины НД.
г. Температура на выходе из конденсатора главного воздушного эжектора.
e. Давление и температура в питающем баке деаэрации.
ф.Давление нагнетания подкачивающего насоса основной подачи.
г. Давление нагнетания главного питающего насоса.
ч. Входная и выходная температура экономайзера.
I. Давление в главном конденсаторе.
Дж. Главный конденсатор вакуумный.
к. Температура горячего колодца главного конденсатора.
л. Давление в паровом барабане.
2.18 ОБСУЖДЕНИЕ температуры и давления на всех этапах основного парового цикла.
2.19 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.
2.20 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.
2.21 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.
НАЗНАЧЕНИЕ НА ИЗУЧЕНИЕ
1. Прочтите информационный лист 60B-102.
2. Кратко изложите информационный лист 60B-102, используя вспомогательные цели урока 60B-102 в качестве руководства.
3. Сценарии изучения ответов.
СЦЕНАРИИ ИЗУЧЕНИЯ:

Вы офицер котельной на борту двухконтурного двухвинтового корабля. Корабль в настоящее время находится в порту и находится в выбранной доступности.
1.У вас есть время, поэтому вы решаете поработать над подготовкой к получению квалификации EOOW. Изобразите основной паровой цикл. Включите фазы и общие температуры и давления на протяжении всего цикла.

Читая свои записи, вы натолкнетесь на следующее описание работы котла: при зажигании котла вода проходит в паровой барабан, через нисходящие стаканы к водяному барабану и коллекторам и вверх через генераторную батарею обратно в паровой барабан. .
2.Если внутри котла нет насосов или управляющих клапанов, объясните, почему пароводяная смесь проходит через котел таким образом (конкретизируйте).
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

БАЗОВЫЙ ПАРОВОЙ ЦИКЛ / КОТЛЫ
Номер информационного листа 60B-102
ВВЕДЕНИЕ
Пар — это рабочее вещество, используемое для приведения в движение многих надводных кораблей, включая атомные и паровые корабли с традиционными двигателями. Центральное место в понимании работы парового двигателя занимает основной паровой цикл, процесс, в котором мы генерируем пара в котле, расширяем пар через турбину для извлечения работы, конденсируем пар в воду и, наконец, подать воду обратно в бойлер.Это достигается серией теплопередач и рабочих обменов по всей системе.
Мы познакомим вас с основами морской силовой установки и вспомогательных котлов, рассмотрим основной паровой цикл и подробно рассмотрим основные компоненты этого цикла, уделяя особое внимание требуемым температурам и давлениям, а также тем, где добавляются и удаляются тепло и работа.
ССЫЛКИ
(а) Элементы прикладной термодинамики, Роберт М. Джонсон и др.
(b) Принципы военно-морской техники NAVPERS 10788 серия
ИНФОРМАЦИЯ
Котлы — котлы используются почти на всех военно-морских судах, либо для подачи пара в двигательные турбины, либо для подачи пара в гостиничных услугах, таких как обогреватели помещений, водонагреватели, буфеты, прачечные и т. Д.На флоте используется много разных котлов. Их можно классифицировать по-разному.
Котлы можно классифицировать по расположению топочной и водяной секций.
Водотрубные котлы — это котлы, в которых вода содержится в генерирующих трубах, а горячие дымовые газы текут вокруг труб для их нагрева. К этому типу относятся пропульсивные котлы.
Жаротрубные котлы направляют дымовые газы через трубы, окруженные водой.Некоторые вспомогательные котлы относятся к этому типу.
Котлы также можно классифицировать по способу циркуляции воды в котле. В котлах с естественной циркуляцией используется конвекция для циркуляции воды в котле (рисунок 1). Относительно холодная вода поступает в паровой барабан из экономайзера и из-за своей более высокой плотности циркулирует вниз через сливные стаканы большого диаметра к водяному барабану и нижним коллекторам. Оттуда вода поднимается по генераторным трубам и начинает кипеть, превращаясь в пар.Для этого процесса насос не требуется. Разница плотностей жидкости перемещает рабочую жидкость.
Естественная циркуляция может быть свободной или ускоренной, в зависимости от крутизны угла наклона генерирующих трубок и расположения труб, по которым более холодная вода направляется вниз. Котлы с ускоренной естественной циркуляцией имеют генераторные трубы с очень крутым наклоном.
Принудительная циркуляция — это конфигурация котла, в которой для циркуляции воды через котел используется насос.Принудительная циркуляция в основном используется для вспомогательных котлов и наземных электростанций, где существует небольшая разница в спросе.
Рисунок 1: Принцип естественной циркуляции
Котлы обычно классифицируются в зависимости от предполагаемого использования. Пропульсивные котлы — это котлы, которые обеспечивают паром двигательные турбины и перемещают корабль по воде с помощью редукторов, вала и гребного винта. Существуют две основные конфигурации пропульсивных котлов, используемых сегодня на морских судах: тип D на 1200 фунтов на квадратный дюйм и тип D на 600 фунтов на квадратный дюйм.1200 фунтов на квадратный дюйм и 600 фунтов на квадратный дюйм относятся к приблизительному давлению, при котором работают котлы. Тип D просто означает, что части сосуда под давлением котла вместе образуют форму, похожую на букву «D.»
На большинстве судов пропульсивные котлы также вырабатывают пар при пониженном давлении для упомянутых выше гостиничных услуг. Например, на судах, не оснащенных паровыми, газотурбинными и дизельными двигателями, для подачи пара для гостиничных услуг все еще используются котлы определенного типа. Таких котлов бывает два типа:
Вспомогательные котлы — это, как правило, меньшие по размеру, с более низким давлением версии пропульсивных котлов, в которых ископаемое топливо сжигается для нагрева труб котла.Суда класса LSD-41 и AOE-6 являются примерами судов, на которых используются вспомогательные котлы. Эти котлы состоят в основном из парового барабана и водяного барабана, которые соединены рядом генерирующих труб. Эти котлы не оборудованы пароперегревателями, пароохладителями или экономайзерами. Большинство этих котлов не оборудовано сливными трубами. Между водяным барабаном и паровым барабаном происходит естественная циркуляция через генерирующие трубы и сетчатые трубы. Самые задние генерирующие трубы действуют как нисходящие стаканы для подачи воды к оставшимся генерирующим трубам и водяному барабану.Эксплуатация этих котлов сильно различается, необходимо использовать специальные инструкции по эксплуатации от производителя. (Рисунок 2)
Рисунок 2: Вспомогательный котел
Котлы-утилизаторы используют тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую при выбросе в атмосферу для нагрева воды и производства пара. Например, суда классов DD 963, DDG 993 и CG 47 используют отработавшие газы сгорания от газотурбинных генераторов в качестве источника тепла для котлов-утилизаторов. Пар для судовых нужд вырабатывается котлами с принудительной циркуляцией воды трубчатого типа.Рециркуляция котловой воды обеспечивается циркуляционным насосом с высоким напором, который подает минимум 500 процентов избыточной воды при максимальной потребности в испарении. Трубы котла оребрены и расположены в виде спирального пучка. Выхлопные газы поступают в нижнюю часть котла и выводятся через боковую часть корпуса. (Рисунок 3)
Рисунок 3: Котел-утилизатор
Есть ограничения на количество пара, которое может производить котел.Если на котел подается чрезмерная потребность в паре, количество топлива или воздуха, которое может подаваться в котел, может быть физически ограничено. Это конечная точка горения, которая приведет к неправильному горению в топке котла. За пределами этой точки повышенная потребность в паре может фактически привести к выходу жидкой воды из котла вместе с паром. Это конечная точка уноса влаги, которая разрушительна для паровых труб, турбин и другого оборудования. В конце концов, чрезмерная потребность в паре может даже вызвать нарушение описанного ранее процесса естественной циркуляции.Это конечная точка естественного кровообращения.
Основной цикл подачи пара — это четырехфазный замкнутый цикл нагрева. Это означает, что жидкость в системе используется повторно, и в цикл необходимо добавить тепло. Тепло добавляется в топку или топку котла, где химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию дымовых газов, а вода кипятится для образования пара. Этот пар расширяется в турбинах, преобразуя тепловую энергию пара в механическую энергию двигателей и другого оборудования с турбинным приводом, такого как турбогенераторы и главные питающие насосы.Этот пар выпускается в конденсатор , который охлаждает пар и превращает его в жидкость, которую можно снова прокачивать через систему. Этот конденсированный пар или конденсат деаэрируется и предварительно нагревается для удаления кислорода и хранится до тех пор, пока он не понадобится. При необходимости вода, которая теперь называется питательной водой, повышается до надлежащего давления, чтобы ее можно было снова подать в цикл. Базовый паровой цикл показан на Рисунке 4. Помните, что давления и температуры в следующем тексте и на Рисунке 4 являются типичными для нормальных параметров в типичном паровом цикле 600 фунтов на квадратный дюйм.Фактические параметры зависят от конкретной конструкции судна и условий эксплуатации или конфигурации паровой установки. Используйте данные параметры в сравнительной манере, чтобы получить представление о конструкции и работе системы.

Фаза поколения.
Для генерации пара необходимо нагреть воду до точки кипения, добавив достаточно тепла, чтобы кипящая вода превратилась в пар. Тепло, необходимое для превращения кипящей воды в пар при любой заданной температуре кипящей воды, называется скрытой теплотой парообразования.Когда пар конденсируется обратно в воду и выделяется такое же количество тепла, это называется скрытой теплотой конденсации. Количество тепла, необходимое для преобразования кипящей воды в пар, или количество тепла, выделяемого при конденсации пара обратно в воду при температуре кипения, зависит от давления, под которым происходит процесс.
Питательная вода поступает в паровой барабан котла через перфорированную внутреннюю подающую трубу. Подающая труба обеспечивает равномерное распределение входящей питательной воды (которая теперь называется котловой водой внутри котла) по всей длине парового барабана.Затем котловая вода проходит по сливным трубам между воздушными кожухами к водяному барабану. Когда вода движется вверх по генерирующим трубам, она нагревается до точки кипения за счет лучистого тепла из топки котла. Смесь пара и воды повторно поступает в паровой барабан при 490 ° F. Вода, которая не превратилась в пар, повторяет процесс. Пар направляется к сепараторам влаги в паровом барабане, чтобы удалить всю захваченную воду. Затем насыщенный пар по трубопроводу выводится из парового барабана в пароперегреватель.
Чтобы приводить турбину в действие более эффективно и экономично, нам необходимо повысить уровень энергии пара. Мы достигаем этого путем перегрева насыщенного пара в пароперегревателе . Перегреватель обычно представляет собой четырехходовой теплообменник, расположенный ближе к пламени сгорания, чем генераторные трубы. Когда пар проходит через перегреватель, его температура повышается до 800-850F. Пар, выходящий из перегревателя, имеет давление 600 фунтов на квадратный дюйм и называется «перегретым» или, чаще, «основным» паром.
Часть перегретого пара не будет использоваться для основного пара и направляется в теплообменник, называемый пароохладителем . В зависимости от конструкции котла пароохладитель располагается либо в водяном, либо в паровом барабанах. Часть перегретого пара 800-850F проходит через пароохладитель и отдает часть (не всю) своего перегрева воде в паровом или водяном барабане. Пар выходит из пароохладителя примерно при 650 ° F. Хотя этот пар упоминается как «вспомогательный» или «пароохлаждаемый пар на 600 фунтов», он все же является перегретым.Этот пар будет использоваться в небольших вспомогательных турбинах (отсюда и название вспомогательный пар) или с пониженным давлением для других целей, таких как пар под давлением 150 фунтов на квадратный дюйм для воздушных эжекторов и распыления пара.

Фаза расширения.
Фаза расширения основного парового цикла — это когда пар расширяется в турбинах для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения в турбинах. В турбинах главного двигателя механическая энергия используется для привода гребного вала и гребного винта корабля.В судовых турбогенераторах (SSTG) эта механическая энергия вращения далее преобразуется в электрическую энергию в генераторе. Основная паровая система — это система трубопроводов, по которым пар от котла поступает к турбинам, использующим основной пар. Это всегда главные двигатели и SSTG, а иногда и главные питающие насосы (MFP).
После выхода из пароперегревателя большая часть основного пара подается на турбины высокого и низкого давления главного двигателя (турбины высокого и низкого давления).Оставшийся основной пар используется в судовых турбогенераторах (SSTG) и в некоторых конструкциях главными питательными насосами (MFP). В турбинах тепловая энергия (увеличивающаяся за счет перегрева) преобразуется в механическую энергию, которая вращает турбины. Когда пар «расширяется» через турбины (т.е. его тепловая энергия преобразуется в механическую), давление и температура пара значительно снижаются.
После того, как пар проходит через турбину низкого давления (турбину низкого давления), он попадает в главный конденсатор .Пар, проходящий через SSTG, поступает во вспомогательный конденсатор . В зависимости от количества пара, проходящего через турбины высокого и низкого давления (функция скорости двигателя), пар выходит из турбины низкого давления примерно при 100 ° F. В конденсаторе (теплообменнике) морская вода проходит по трубкам, а пар направляется по трубкам. Когда пар соприкасается с охлаждающими трубками, пар отдает тепло (скрытую теплоту конденсации) морской воде и конденсируется в воду, называемую конденсатом.

Фаза конденсации.

Когда пар меняет фазу с пара на воду в главном и вспомогательном конденсаторах, эта вода называется конденсатом . Основной и вспомогательный конденсаторы работают под вакуумом, чтобы снизить температуру конденсации пара. Чем больше разница температур между источником тепла (котлом) и радиатором (конденсатором), тем выше эффективность системы. Проще говоря, чем больше разрежение в конденсаторе, тем эффективнее система.Когда пар конденсируется и покидает турбину низкого давления или выходит из нее, он становится частью конденсатной системы. Конденсатная система — это часть парового цикла, в которой пар конденсируется в воду и перекачивается из основного конденсатора в котел. Прежде чем его можно будет использовать в котле, его необходимо преобразовать в питательную воду, которая образуется в фазе питания. Тремя основными компонентами конденсатной системы по очереди являются главный конденсатор (включая горячий колодец), главные конденсатные насосы (обычно два) и конденсатор главного эжектора воздуха.
Главный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник с перекрестным потоком, который принимает пар от турбины низкого давления и конденсирует его в воду. Главный конденсатный насос представляет собой центробежный насос, всасывающий из горячего колодца главного конденсатора и подающий конденсат в деаэрирующий питающий резервуар (DFT). Расход этого насоса регулируется системой контроля погружения в конструкцию. Это означает, что уровень воды в горячем колодце регулирует расход насоса и давление нагнетания в зависимости от расположения насоса по отношению к горячему колодцу и размера трубопровода.
Вакуум конденсатора измеряется в дюймах рт. Вакуум в конденсаторе создается за счет конденсации пара. Когда большой объем пара быстро конденсируется в небольшой объем воды, пространство, формально занимаемое паром, становится пустым или вакуумом. К сожалению, с паром смешано некоторое количество воздуха и других неконденсируемых газов, которые остаются после того, как пар конденсируется в воду.Эти газы необходимо удалить из конденсатора, чтобы сохранить вакуум. Для этой задачи воздушные эжекторы всасывают конденсатор для удаления воздуха и неконденсируемых газов. Главный воздушный эжектор всасывает основной конденсатор, а для каждого SSTG имеется вспомогательный воздушный эжектор . В любом конденсаторе нормой является разрежение 28-29 дюймов рт.ст. (0,5-1,0 фунт / кв. отвод конденсата из воздушного эжектора.Во время низких скоростей (скорости судна) конденсата образуется мало, и расход конденсата, проходящего через конденсаторы эжектора воздуха, невелик. Температура конденсата на выходе увеличивается, поскольку он дольше остается внутри конденсатора, поглощая больше тепла. Когда температура превышает 140 ° F, TRV открывается, отправляя некоторое количество конденсата обратно в конденсатор, тем самым эффективно увеличивая расход конденсата через конденсатор воздушного эжектора, что снижает температуру нагнетания конденсата. При более высоких колоколах расход конденсата увеличивается (больше пара конденсируется = больше конденсата), и TRV рециркулирует мало или не рециркулирует конденсат.Хотя пар конденсируется в главном конденсаторе около 100 ° F, температура конденсата в горячем колодце может колебаться в пределах 100-130 ° F из-за смешивания с горячим конденсатом, рециркулируемым воздушным эжектором TRV.
Конденсат собирается в нижней точке конденсатора, называемой горячим колодцем. Отсюда конденсат течет к одному или обоим основным конденсатным насосам (MCP) от основного конденсатора и к вспомогательному конденсатному насосу каждого вспомогательного конденсатора . Эти насосы нагнетают конденсат под давлением 20-25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить достаточный напор для протекания через систему конденсата и преодоления давления в корпусе 15 фунтов на квадратный дюйм в деаэрирующем питающем резервуаре (DFT).
После выхода из основного и вспомогательного конденсатных насосов конденсат попадает в DFT. DFT разделяет фазы конденсата и подачи. Его три основные функции — это деаэрация конденсата путем освобождения его от увлеченного кислорода и воздуха, предварительный нагрев конденсата и накопление питательной воды в соответствии с изменениями потребности системы. Когда конденсат попадает в DFT, он разбрызгивается в верхний купол резервуара с помощью подпружиненных форсунок. Конденсат нагревается для предварительного нагрева воды перед ее поступлением в котел и для деаэрации воды.ТСП поддерживается на уровне 15 фунтов на квадратный дюйм, что поднимает точку насыщения водой примерно до 250F. Тепло облегчает выход кислорода и газов конденсата из раствора. Эта концепция называется «обратной растворимостью», что означает, что чем горячее становится жидкость, тем легче растворенным газам выходить из раствора. Здесь конденсатный туман нагревается за счет дополнительного выхлопа (выхлопной пар от турбин, не имеющих конденсаторов) и дренажей высокого давления (пар). Воздух поднимается вверх, где он откачивается из верхней части DFT, а бескислородный конденсат опускается в нижнюю часть DFT.

Фаза подачи.
Конденсат, который собирается в накопительной секции DFT, теперь называется питательной водой и становится источником пара для парового цикла. Он также обеспечивает положительный напор на всасывании для подкачивающих насосов основной подачи (MFBP) или основных питающих насосов (MFP), в зависимости от ситуации.
Питательная вода в нижней части DFT подается по трубопроводу к главным подкачивающим насосам (MFBP). Эти насосы принимают всасывание на DFT и повышают статическое (или гравитационное) давление напора питательной воды с 15-25 фунтов на квадратный дюйм до 35-50 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить положительную высоту всасывания для основного питающего насоса (MFP).Поскольку MFP является центробежным насосом, ему необходим положительный напор на всасывании, чтобы обеспечить достаточный поток для охлаждения насоса. MFBP обеспечивают эту положительную высоту всасывания для MFP, предотвращая кавитацию и мигание на всасывании MFP. На некоторых судах нет MFBP, потому что DFT физически расположен на значительном расстоянии над MFP. Из-за такой разницы по высоте статическое давление напора достаточно, чтобы обеспечить положительный напор всасывания для МФП.
МФУ работают с переменной скоростью, чтобы поддерживать постоянное давление в системе питания котла.MFP нагнетает питательную воду в систему главного питающего трубопровода под давлением на 150-200 фунтов на кв. Дюйм, превышающим рабочее давление котла. Например, давление нагнетания MFP, нагнетаемого в котел, работающее под давлением 600-650 фунтов на квадратный дюйм, обычно будет 750-850 фунтов на квадратный дюйм. Это давление нагнетания поддерживается во всей системе основного питающего трубопровода, однако объем воды, выпускаемой в котел, регулируется регулирующим клапаном питательной воды, который открывается или закрывается по мере необходимости для поддержания надлежащего уровня воды в котле.МФУ защищены от перегрева при очень низких скоростях подачи пара за счет рециркуляции некоторой части нагнетания обратно в DFT или на всасывание насоса.
После того, как питательная вода покидает MFP, она проходит через теплообменник, расположенный в выхлопной трубе котла, называемый экономайзером . Экономайзер расположен в потоке горячих выхлопных газов, выходящих из котла, и использует горячие газы для передачи дополнительного тепла питательной воде, прежде чем она попадет в паровой барабан. За счет использования тепла выхлопных газов, которое в противном случае теряется, требуется меньше топлива (экономия) для повышения температуры воды до точки кипения.Питательная вода поступает в экономайзер из системы подачи примерно при 246–249 F и давлении 750–800 фунтов на квадратный дюйм. В зависимости от мощности котла, экономайзер передает примерно 100-200F от выхлопных газов в питательную воду, так что питательная вода поступает в котел примерно 350-450F. Поскольку вода была предварительно нагрета на протяжении фазы конденсации, бойлеру нужно только обеспечить достаточно энергии, чтобы поднять температуру воды примерно на 40-140 ° F для образования пара.
Хотя основной паровой цикл представляет собой замкнутый цикл, это несовершенная система, и существуют различные потери питательной воды, которые необходимо восполнить.Предпринимаются все попытки восстановить рабочую жидкость с помощью таких средств, как сбор конденсированного пара в системах трубопроводов (называемых «стоками») в центральное место и перекачка его обратно в систему. Это центральное место известно как сборный резервуар для слива пресной воды (FWDCT). Даже несмотря на все усилия по извлечению рабочего тела, существуют потери из-за утечек и т. Д. Существуют также безвозвратные потери, связанные с кораблями, такие как паровое распыление мазутных горелок и удары котлов с поверхности и снизу.Эти потери компенсируются добавлением питательной воды в цикл через конденсаторы. Эта подпиточная вода (MUF) — это просто качественная питательная вода, которая хранится в резервуарах и вводится в цикл по мере необходимости. Уровень воды DFT определяет количество MUF, необходимое системе.
Конфигурации паровых установок сильно различаются по сложности: от тендерных эсминцев с двумя котлами и одним главным двигателем до авианосцев с четырьмя главными машинными отделениями, восемью котлами и четырьмя главными двигателями.
На судах с несколькими двигательными установками, таких как авианосцы и десантные корабли, пар может производиться одним котлом и согласовываться с одним главным двигателем и SSTG в одном помещении, а другой котел в другом помещении может питать другое главный двигатель и SSTG в этом пространстве. Это называется режимом сплит-установки. Для судов с более чем одной силовой установкой это нормальное выравнивание. Это означает, что авария котла влияет только на половину подвижности корабля и вспомогательного оборудования.
На этих судах с несколькими установками котлы в одном помещении могут быть выровнены для подачи пара на все работающее оборудование на обеих установках. Это называется операцией кросс-соединения. Это позволяет использовать один котел для пропаривания двух установок, но также означает, что авария одного котла может повлиять на все работающее оборудование.
Рисунок 4: Базовый паровой цикл
Моделирование и симуляция водотрубного парового котла с естественной циркуляцией
Описание кода
RELAP5 в основном используется для проектирования и анализа безопасности атомных станций, современных жидкостных систем и экспериментов [25 , 26].Целью разработки кода RELAP5 с самого начала было создание кода, который включает важные эффекты первого порядка, необходимые для точного прогнозирования переходных процессов в системе [27]. RELAP5 позволяет моделировать вероятные теплогидравлические переходные процессы в ядерных установках при большом разнообразии постулируемых аварийных условий, таких как потеря теплоносителя, потеря потока, скачок мощности, а также эксплуатационные переходные процессы и другие постулируемые переходные процессы [28]. Кроме того, он может быть использован для моделирования широкого спектра теплогидравлических переходных процессов на неядерных установках с использованием смесей пара и воды; это очень общий код [29].Шесть двухфазных неоднородных и неравновесных шести уравнений используются в качестве основы для гидродинамической модели и формулируются с помощью усредненных по объему и времени параметров и решаются быстрым частично неявным численным методом конечных разностей [30]. Код включает несколько общих моделей, позволяющих моделировать различные типы компонентов установки [27], такие как трубы, насосы, турбины, клапаны, тепловые конструкции, сепараторы и системы управления. Моделирование системы состоит, во-первых, в ее разбиении на контрольные объемы, соединенные между собой проточными узлами; это для удобства INPUT [30].
Нодализация парового котла
Моделирование промышленных установок, таких как паровой котел, требует тщательного и детального знания всех его компонентов; а также все физические явления, происходящие в системе. С помощью RELAP5 / MOD3.2 разработана детальная модель водотрубного котла с естественной циркуляцией, включая все основные компоненты (парогенератор, барабан, теплообменники, трубопровод пара и питательной воды, а также систему регулирования и управления). Модель парового котла была разработана на основе задокументированного проекта установки, справочных данных о производительности и персонала [22].Стратегия моделирования парового котла основана на следующих этапах:
Подготовка геометрических, теплогидравлических и технических данных, описывающих всю систему.
Нодализация гидродинамической схемы установки на контрольные объемы, соединенные переходами.
Моделирование систем управления и регулирования.
Моделирование граничных и начальных условий установки, давления, температуры, массового расхода и теплового потока в теплообменниках и камере сгорания.
Проверка и квалификация теоретических результатов кода по сравнению с рабочими данными для котла в установившемся режиме.
Подготовка и сбор данных требует значительных усилий из-за большого количества данных и информации по каждому компоненту, который необходимо включить в модель.Нодализация — это первый шаг моделирования парового котла. Он направлен на определение всех гидравлических характеристик установки, таких как геометрические данные, диаметры, отметки, шероховатость стенок трубы, длина, коэффициенты сосредоточенных или распределенных потерь и т. Д. Следует отметить, что были предприняты дополнительные усилия для преодоления некоторых трудностей, возникших во время этого исследования, таких как недоступность некоторых геометрических данных.
Ниже представлены основные компоненты RELAP5, используемые при нодализации котла:
ТРУБА: для частей системы без ответвлений.
ФИЛИАЛ: для моделирования взаимосвязанных трубопроводных сетей.
ОБЪЕМ, ЗАВИСИМЫЙ ОТ ВРЕМЕНИ: для введенных термодинамических данных (давление и температура), а также когда известны скорость или массовый расход жидкости.
КЛАПАН: используется для регулирования, безопасности и изоляции.
НАСОС: для моделирования центробежного насоса.
СОЕДИНЕНИЕ: используется для соединения других компонентов, например, двух труб.
СИСТЕМА ОТКЛЮЧЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ: используется для выполнения таких действий, как открытие или закрытие клапана и остановка насоса.
ТЕПЛОВАЯ СТРУКТУРА: для моделирования теплопередачи между жидкостью и стенками трубок.
ОБЩАЯ ТАБЛИЦА: для задания плотности теплового потока.
Основные характеристики разработанной модели кратко изложены ниже:
Количество контрольных объемов: 582.
Кол-во пересадок: 589.
Количество тепловых структур: 142.
Количество узлов в тепловых конструкциях: 2840.
Количество зависящих от времени томов: 7.
Количество логических отключений: 17.
Количество управляющих переменных: 39.
Парогенераторная часть моделируется 188 контрольными объемами, 191 стыком и 69 тепловыми конструкциями.Барабан, также называемый верхним резервуаром, является местом многих физических явлений, таких как разделение воды и пара и конденсация пара. Поэтому очень важно следовать некоторым передовым методам нодализации, чтобы воспроизвести все эти явления. Подход, используемый для моделирования этого резервуара, включает разделение его на четыре компонента «BRUNCH»: 010, 015, 020 и 025. Коллекторы питательной воды и водно-паровой эмульсии моделируются с использованием десяти компонентов «BRUNCH»: 030, 035, 040, 045 , 050, 055, 060, 065, 070 и 075.ТРУБА 100 представляет собой четыре водосточные трубы, которые питают печь, а ТРУБА 110 — центральная водосточная труба, которая питает задний проход. Трубчатые экраны, составляющие топку и задний проход, моделируются с помощью компонента «ТРУБА», испарительные трубы переднего и заднего экранов камеры сгорания сгруппированы и смоделированы компонентами 115 и 120 «ТРУБА» соответственно, а для боковые экраны у трубы 135. Трубки испарителя заднего прохода моделируются компонентами 130 и 125 «ТРУБА».Трубы, которые подают в барабан питательную воду, выходящую из экономайзера, моделируются ТРУБАМИ 172 и 173. Трубки водяной / паровой эмульсии, выходящие из переднего и заднего прохода, идущие в барабан, моделируются ТРУБАМИ 150, 155, 160 и 165. 20 трубок насыщенного пара, выходящих из барабана и идущих в пароперегреватели, моделируются с помощью ТРУБЫ 174. На барабане установлено три предохранительных клапана, они моделируются компонентами «TRIP-VALVE» 007, 008 и 009, соответственно подключенными. компонентами «Объем, зависящий от времени» 700, 800 и 900, чтобы наложить атмосферные условия [31].Нагревательная труба моделируется компонентом теплопередачи (тепловой структурой), поддерживаемым с постоянной скоростью нагрева, в качестве граничного условия. Схема нодализации парогенератора представлена на рис. 5.
Рис. 5
Нодализация парогенератора
Парогенератор содержит пять теплообменников, среди которых два пароперегревателя работают на высоких и низких температурах соответственно в дополнение к двум. ребристые экономайзеры и гладкий. Эти три экономайзера объединены в одну трубу и узловыми компонентами 171 «ТРУБА» с использованием 41 контрольного объема, 40 соединений и 20 тепловых структур.Впускной и выпускной коллекторы моделируются соответственно компонентами 070 и 075 «BRUNCH». Низкотемпературные и высокотемпературные пароперегреватели моделируются компонентами 176 и 180 «PIPE» соответственно, каждый из которых использует 20 тепловых структур, 16 управляющих объемов и 15 потоковых соединений. Впускной и выпускной коллекторы каждого пароперегревателя моделируются, соответственно, компонентами «BRUNCH» 083, 084, 085 и 086; труба промежуточного перегревателя моделируется компонентом 178 «ТРУБА». На рис. 6 показана типичная узловая диаграмма теплообменников.Секция пароохладителя в части трубы, которая соединяет основную линию питательной воды и линию промежуточных перегревателей, где регулирование температуры перегретого пара осуществляется путем нагнетания питательной воды. Этот пароохладитель моделируется компонентами 320, 321, 322, 324 и 325 «ТРУБА» и 284 «ОТВОДА» (фиг. 7). Запорный клапан на линии пароохладителя моделируется компонентом 004 «TRIP-VALVE».
Рис. 6
Нодализация теплообменников
Рис.7
Узловая схема системы парового котла
Основная линия питательной воды включает сборный резервуар (моделируется компонентом «БРАНЧ» 200), два центробежных питательных насоса (моделируются компонентами «НАСОС» 151 и 152), трубы, по которым подается пар. Генератор через питательную воду моделируется компонентами «ТРУБА» с 201 по 218 и компонентами «ВЕТКА» 080, 081 и 082, а также регулирующими и запорными клапанами. Эта линия моделируется 157 контрольными объемами и 150 пересечениями. Заслонки, которые находятся на выходе насоса и на входе парового котла, а также на линии пароохладителя, моделируются соответственно компонентами «ОБРАТНЫЙ КЛАПАН» 215, 216, 219 и 323.Компонент 003 «TRIP-VALVE» используется для моделирования запорного клапана на входе в экономайзер. Регулирующие клапаны уровня воды в барабане моделируются компонентами «СЕРВО-КЛАПАН» 011 и 010.
Основная линия перегретого пара моделируется компонентами «ТРУБА» с 301 по 311, а пароизоляционные клапаны моделируются с помощью компоненты 001 и 002 «TRIP VALVE». Предохранительные клапаны, установленные на главном паропроводе, моделируются компонентами TRIPE-VALVE 005 и 006, которые подключены к компонентам 500 и 600 TMDPVOL соответственно.Регулирующие клапаны температуры перегретого пара моделируются с помощью компонентов «СЕРВО-КЛАПАН» 013 и 012, а заслонка моделируется с помощью компонента 391 «ОБРАТНЫЙ КЛАПАН».
Регулирование играет жизненно важную роль в работе и предотвращении промышленные предприятия. Для достижения стабильной и безопасной работы энергетической системы рекомендуется использовать автоматический контур управления, чтобы поддерживать стабильность установки при нормальной и ненормальной работе. Паровой котел регулируется для подачи перегретого пара с температурой 487 ° C и давлением 73 бара; поэтому системы управления в установке включают в себя два контура регулирования, один для температуры перегретого пара, а другой для уровня воды.
Назначение контроллера — довести уровень воды в барабане до заданного значения 860 мм и поддерживать его при желаемой паровой нагрузке. Компонент «FEEDCTL» используется для моделирования регулирования уровня воды в барабане. Он рассчитывает сигнал положения регулирующего клапана питательной воды, который моделируется компонентом 011 «СЕРВО-КЛАПАН». Фактически, регулирование контролирует уровень воды в барабане, приводя в действие главный клапан, комбинируя на основе трех параметров: поток питательной воды, потока перегретого пара и уровня воды в барабане.
Целью регулирования температуры перегретого пара является поддержание постоянного значения температуры (487 ° C) на выходе парового котла путем впрыска воды для пароохладителя в коллектор между пароперегревателями с использованием двух идентичных резервных клапанов пароохладителя. Моделирование систем и контуров регулирования возможно с использованием специальных компонентов кода RELAP5, таких как компонент «STEAMCTL», который используется для управления температурой перегретого пара. В процессе регулирования средняя температура пара на выходе из пароперегревателя HTS сравнивается с заданным значением (487 ° C), и генерируемый сигнал используется для управления открытием клапанов 013 и 012.
Теплогидравлические условия, связанные с жидкостью, устанавливаются с помощью компонентов «TMDPVOL» и «TMDPJUN», подключенных к границам контура. Давление и температура жидкости на входе и выходе парового котла определяются компонентами 400 и 300 TMDPVOL соответственно.
Явления теплопередачи в паровом котле моделируются с использованием процесса моделирования тепловых структур RELAP5. Конструкции, имитирующие теплопередачу в паровом котле, соединены трубами 130 и 125 для заднего прохода, с трубами 135, 120 и 115 для топки и с трубами 180 (HTS), 176 (LTS) и 171 (Eco). для теплообменников соответственно.Рабочие данные, представленные ранее в таблицах 1 и 2, используются для оценки общей мощности, вырабатываемой в паровом котле, а также тепла (Q), передаваемого через каждую зону теплопередачи. Внешняя поверхность теплопередачи (S) используется для расчета плотности теплового потока с использованием соотношения q = Q / S [20]. Плотность теплового потока между внешними поверхностями трубы и горячими газами задается в таблице. Таблица теплового потока вводится как правильные граничные условия для моделирования радиационной теплопередачи для печи.Теплообмен экономайзеров и пароперегревателей передается конвекцией остальным пароперегревателям и экономайзерам с использованием тепловой энергии дымового газа, выходящего из печи. Плотность теплового потока в теплообменниках определяется с использованием баланса энергии дымовых газов между входом и выходом каждого теплообменника, как показано на рис. 8
$$ {\ text {Q}} = {\ text {m }} _ {\ rm gas} {\ text {Cp}} _ {\ rm gas} \ left ({{\ text {T}} _ {\ rm out} — {\ text {T}} _ {\ rm inl}} \ right) $$
(1)
Q _fur — тепло, передаваемое в камере сгорания, рассчитанное по формуле:
$$ {\ text {Q}} _ {\ rm fur} = {\ text {Q}} _ {\ rm Tot} \, {-} \, \ left ({{\ text {Q}} _ {\ rm Eco} + {\ text {Q}} _ {\ rm HTS} + {\ text {Q}} _ {\ rm LTS}} \ справа) $$
(2)
В то время как Q _HTS, Q _LTS и Q _Eco — это тепло, передаваемое в высокотемпературном пароперегревателе, низкотемпературном перегревателе и экономайзерах соответственно, а Q _Tot — это общая передаваемая мощность, вычисленная по соотношению [20 ]:
$$ {\ text {Q}} _ {\ rm Tot} = {\ text {m}} _ {\ rm fuel} {\ text {LCV}} + {\ text {m}} _ { \ rm air} {\ text {Cp}} _ {\ rm air} {\ text {T}} _ {\ rm air} \, {-} \, {\ text {m}} _ {\ rm gas} {\ text {Cp}} _ {\ rm gas} {\ text {T}} _ {\ rm gas} $$
(3)
где m _fuel и m _air — соответственно массовые расходы топлива и воздуха, LCV — низкокалорийная теплотворная способность природного газа, Cp _gas и Cp _air — соответственно теплоемкость газов и воздуха. , T _{воздуха} — температура входящего воздуха, а T _газа — температура выхлопных газов.В таблице 3 показаны рассчитанные плотности теплового потока, связанные с поверхностями нагрева каждого экрана.
Рис.8
Энергетический баланс парового котла
Таблица 3 Плотность теплового потока на поверхности, контактирующей с дымом
Солнечные водонагреватели | Министерство энергетики
Солнечные водонагреватели, также называемые солнечными системами горячего водоснабжения, могут быть экономичным способом получения горячей воды для вашего дома. Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют — солнечный свет — бесплатное.
Как они работают
Солнечные водонагревательные системы включают резервуары для хранения воды и солнечные коллекторы. Существует два типа солнечных водонагревательных систем: активные, у которых есть циркуляционные насосы и средства управления, и пассивные, у которых нет.
Активные солнечные водонагревательные системы
Существуют два типа активных солнечных водонагревательных систем:
Системы прямой циркуляции
Насосы обеспечивают циркуляцию бытовой воды через коллекторы в дом.Они хорошо работают в климате, где редко замерзает.
Системы непрямой циркуляции
Насосы обеспечивают циркуляцию незамерзающего теплоносителя через коллекторы и теплообменник. Это нагревает воду, которая затем течет в дом. Они популярны в климате, склонном к отрицательным температурам.
Пассивные солнечные водонагревательные системы
Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но они обычно не так эффективны.Однако пассивные системы могут быть более надежными и могут прослужить дольше. Существует два основных типа пассивных систем:
Пассивные системы со встроенным накопителем
Они лучше всего работают в областях, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хорошо работают в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде.
Системы Thermosyphon
Вода течет через систему, когда теплая вода поднимается, а более холодная вода опускается. Коллектор необходимо установить под накопительной емкостью, чтобы в емкость поднималась теплая вода.Эти системы надежны, но подрядчики должны уделять особое внимание конструкции крыши из-за тяжелого резервуара для хранения. Обычно они дороже интегральных пассивных систем коллектор-накопитель.
Резервуары для хранения и солнечные коллекторы
Для большинства солнечных водонагревателей требуется накопительный резервуар с хорошей изоляцией. Резервуары для хранения солнечной энергии имеют дополнительный выход и вход, подключенные к коллектору и от него. В системах с двумя баками солнечный водонагреватель предварительно нагревает воду до того, как она поступает в обычный водонагреватель.В системах с одним резервуаром резервный нагреватель объединен с накопителем солнечной энергии в одном резервуаре.
В жилых помещениях используются три типа солнечных коллекторов:
Плоский коллектор
Остекленные плоские коллекторы — изолированные, защищенные от атмосферных воздействий коробки, которые содержат темную абсорбирующую пластину под одной или несколькими стеклянными или пластиковыми (полимерными) крышками . Плоские неглазурованные коллекторы, обычно используемые для солнечного обогрева бассейнов, имеют темную пластину-поглотитель, изготовленную из металла или полимера, без крышки или корпуса.
Интегральные коллекторно-накопительные системы
Также известные как системы ICS или партии , они имеют один или несколько черных резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике. Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду. Затем вода поступает в обычный резервный водонагреватель, обеспечивая надежный источник горячей воды. Их следует устанавливать только в условиях умеренно-морозного климата, поскольку наружные трубы могут замерзнуть в суровую и холодную погоду.
Солнечные коллекторы с вакуумными трубками
Они представляют собой параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует тепловым потерям. Эти коллекторы чаще используются для коммерческих приложений в США.
Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса. Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы.Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку система накопления со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к накоплению солнечного тепла, она может быть укомплектована водонагревателем без резервуара или водонагревателем по запросу в качестве резервного.
Выбор солнечного водонагревателя
Перед покупкой и установкой солнечной водонагревательной системы вы должны сделать следующее:
Также ознакомьтесь с различными компонентами, необходимыми для солнечных водонагревательных систем, включая следующие:
Установка и обслуживание Система
Правильная установка солнечных водонагревателей зависит от многих факторов.Эти факторы включают солнечные ресурсы, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности; поэтому лучше всего обратиться к квалифицированному подрядчику по установке солнечных тепловых систем.
После установки правильное обслуживание вашей системы обеспечит ее бесперебойную работу. Пассивные системы не требуют особого обслуживания. Для активных систем обсудите требования к техническому обслуживанию со своим поставщиком системы и обратитесь к руководству пользователя системы. Сантехника и другие обычные компоненты водяного отопления требуют того же обслуживания, что и обычные системы.Стекло может потребоваться в сухом климате, где дождевая вода не обеспечивает естественного ополаскивания.
Регулярное обслуживание простых систем может проводиться не чаще, чем каждые 3–5 лет, предпочтительно подрядчиком по солнечной энергии. Системы с электрическими компонентами обычно требуют замены детали или двух через 10 лет. Узнайте больше об обслуживании и ремонте солнечных водонагревательных систем.
При отборе потенциальных подрядчиков для установки и / или технического обслуживания задайте следующие вопросы:
Есть ли у вашей компании опыт установки и обслуживания солнечных водонагревательных систем?
Выберите компанию, у которой есть опыт установки системы нужного вам типа и обслуживания выбранных вами приложений.
Сколько лет у вашей компании есть опыт монтажа и обслуживания солнечного отопления?
Чем больше впечатлений, тем лучше. Запросите список прошлых клиентов, которые могут предоставить рекомендации.
No related posts.

Схема подключения котла отопления с естественной циркуляцией: Схема отопления с естественной циркуляцией: самотечная схема отопления

Схема подключения котла отопления с естественной циркуляцией: Схема отопления с естественной циркуляцией: самотечная схема отопления

схема для частного дома, закрытая и открытая, однотрубная и двухтрубная система, уклон, расчет

Основные характеристики и принцип работы

Особенности устройства системы отопления в частном доме

Факторы, определяющие скорость циркуляции

Правила расчета мощности котла

Схемы, используемые для разводки труб

Схема двухтрубной разводки с естественной циркуляцией

Особенности монтажа однотрубной системы

Система отопления с естественной циркуляцией

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Устройство системы с естественной циркуляцией

Материалы и оборудование системы отопления

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Рекомендуем прочитать:

Двухконтурная система отопления частного дома и ее схема

Схема с принудительной циркуляцией

Схема с естественной циркуляцией

Для двухэтажного дома

Коллекторная

Отопительная система закрытого типа в частном доме

Принцип работы

Плюсы и минусы

Система отопления дома с принудительной циркуляцией. Варианты. Схемы

Особенности функционирования принудительной системы обогрева

Принудительные схемы

Однотрубная схема подключения

Двухтрубная схема подключения

Лучевая разводка

Обустройство теплого пола

Открытая и закрытая схема обогрева с применением насоса

Выбор циркуляционного насоса

Диаметр труб в принудительной системе

Главный минус принудительного отопления

Как улучшить систему с принудительной циркуляцией?

Схема отопления с естественной циркуляцией частного дома. Жми!

Как произвести обвязку и подключение твердотопливного котла к системе отопления

Типовые схемы обвязки твердотопливных котлов

Система открытого типа с естественной циркуляцией в частном доме

Закрытая система с естественной циркуляцией

Особенности систем с принудительным движением теплоносителя

Подключение через коллекторы

Установка аварийных и регулировочных систем

Обвязка с трёхходовым клапаном

Схема с буферной ёмкостью

Элементы обвязки, обеспечивающие безопасность отопительной системы

Схема с подключением бойлера косвенного нагрева

Видео: Обвязка твердотопливного котла

Правильная установка твердотопливного котла в отопительную систему закрытого типа

Обустройство котельной

Подготовка к установке обогревающего агрегата

Монтаж и подключение твердотопливного теплогенератора

Особенности интеграции твердотопливного агрегата в открытую отопительную систему

Видео: Подключение твердотопливного котла своими руками

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Контур питательной воды и пара котла

Экономайзер

Барабаны котла

Паровой барабан

Грязевой барабан

Водяные трубы

Нижние части Водяные трубы

Райзеры Водяные трубы

Суперонагреватели

Функции пароперегревателя

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Циркуляционная система котла: помимо паропроизводящего котла

Система циркуляции воды / пара

Циркуляционная система перегретого пара

Связанные трубопроводы

Заключение

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

Инженерное обучение

Моделирование и симуляция водотрубного парового котла с естественной циркуляцией

Описание кода