Основное обоснование покупки твердотопливного котла заключается в том, что используемое топливо является более дешевой альтернативой нефти и газу, что может привести к более быстрой окупаемости. Несколько лет назад все котлы работали на твердом топливе; однако удобство трубопроводов для нефти и газа, а также снижение цен на топливо, рост затрат на рабочую силу и строгие правила EPA поставили вопрос о том, какой тип котла сэкономит больше денег.
За последние годы технологии твердотопливных котлов продвинулись далеко вперед. Системы могут работать автоматически с электромеханическими системами подачи топлива, регуляторами частоты и даже с автоматическим оборудованием для удаления золы.
Тем не менее, даже при современной технике экономия на твердотопливном котле должна быть оправдана. При правильной эксплуатации эти котлы могут работать непрерывно, останавливаясь только для запланированных процедур отключения.
Чтобы воспользоваться преимуществами котла, работающего на твердом топливе, необходимо понять несколько принципов движения и сгорания топлива. Вот три совета по оптимизации работы твердотопливного котла.
Твердотопливные котлы также могут быть передвижными. Эта универсальность оказывается удобной для пользователей, работающих в сезонных системах горячего водоснабжения и/или парового отопления.
Ключевым фактором является непрерывная и равномерная подача топлива
Котельная система живет и умирает (так сказать) подачей топлива в топку. Бойлеры, которые имеют больше всего проблем, это те, которые не имеют очень хорошего контроля над тем, насколько равномерен и постоянен этот поток. Этот принцип еще более важен в приложениях с частыми колебаниями нагрузки. Система должна контролировать подачу топлива, потому что даже незначительное прекращение подачи может привести к нарушению нагрузки. Дозирование топлива в котел должно соответствовать требованиям нагрузки, иначе процесс не будет находиться в равновесии. Возможно, будет полезно рассматривать топливо как компонент, который вместе с воздухом при недостаточном и избыточном сжигании (обсуждается позже) производит энергию.
С твердым топливом почти всегда существует множество размеров частиц. Из-за этого несоответствия размера топлива дозирование топлива должно поддерживать поток в постоянной турбулентности, чтобы разные размеры не разделялись. Если возникает тенденция к расслоению, слой топки не будет однородным и горение будет смещено в сторону определенных участков. Однородная консистенция топлива позволит увеличить площадь поверхности горения и предотвратит возникновение горячих точек и мертвых зон внутри топки.
Использование системы перекачки и дозирования топлива, в которой используются шнеки для перекачки топлива, является эффективным способом точно контролировать скорость подачи, а также поддерживать постоянство топливной смеси.
Винтовые конвейеры оказываются намного более эффективными, чем цепные или ленточные конвейеры. Геометрия скребка и корпус шнека позволяют прогнозировать скорость подачи более точно. Другие типы конвейеров печально известны тем, что вызывают «мостик» топлива, что приводит к неравномерным слоям топлива на поде топки, вызывая неэффективное сгорание. Системы дозирования, использующие винтовые конвейеры, также создают пробку между печью и внешней средой. Цепные дозирующие системы не создают такого уплотнения, пропуская в зону горения неизмеримое количество избыточного воздуха.
Воздух под огнем: меньше значит больше
Чаще всего твердотопливные системы используют слишком много воздуха для сжигания и, следовательно, не имеют достаточного запаса топлива в топке. Когда это соотношение воздух/топливо несбалансировано, сгорание происходит преждевременно, что не только снижает потенциал эффективности, но также может привести к повреждению топки.
Когда твердое топливо сгорает, оно проходит через процесс. Во-первых, любая влага внутри топлива испаряется. После высыхания топливо начнет выделять летучие газы. По мере поступления большего количества воздуха газы воспламеняются и выделяют энергию. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не останется выгорать только углерод. Наконец, пепел выбрасывается и остается утилизироваться.
На этой схеме показан процесс поступления топлива в топку и прохождения различных стадий сгорания.
При взгляде на груду топлива внутри топки не должно быть видно решеток. На самом деле не должно даже казаться, что куча горит. Когда используется достаточное количество воздуха, топливная куча будет казаться «дымящей», но на самом деле тепло и воздух реагируют с топливом и выделяют летучие газы топлива. Если используется слишком много воздуха под топкой, летучие газы будут выделяться и сгорать одновременно, выделяя тепло на под печи, а не в верхнюю часть печи, где начнется передача тепла. Это преждевременное возгорание может быстро сократить срок службы колосников, а также ухудшить теплопередачу и даже унести частицы золы/пыли с дымовыми газами.
Это отличная фотография, показывающая потоки летучих газов, выделяющихся из топлива и поднимающихся к верхней части камеры, где завершается процесс сгорания.
Будьте осторожны, чтобы не уменьшить подачу воздуха под топку настолько, что котел перестанет гореть. Это может быть опасно, так как система может отреагировать увеличением скорости вращения вентилятора, что приведет к тому, что большее количество топлива испарится и заполнит топку. Если эти газы внезапно взорвутся, может возникнуть опасная обратная волна и нанести ущерб котельному оборудованию и всем, кто находится в непосредственной близости. Лучший способ обеспечить надлежащее количество воздуха — это иметь систему управления, которая дросселирует подачу воздуха вместе с подачей топлива. Для определенного вида топлива необходимо использовать различные соотношения. Ведите записи о том, в каких сценариях поддерживается наилучшая куча топлива на решетках и достаточное количество воздуха для улетучивания топлива со скоростью, необходимой для производства.
Наберите в эфире Over-Fire
Как только нагретое топливо вступает в реакцию с воздухом под топкой и выделяются летучие газы, воздух над топкой используется для бурного смешивания с газами и вызывает их возгорание, высвобождая тепло, которое передается через поверхности нагрева котла в воду внутри. судно. Цель состоит в том, чтобы достичь стехиометрического сгорания; то есть, когда каждая доступная молекула топлива, высвобождаемая, соответствует молекуле кислорода из вентилятора, что приводит к анализу дымовых газов, который не обнаруживает ни окиси углерода, ни кислорода. Это идеальное смешивание возможно только в лабораторных условиях; однако есть способы добиться очень эффективного сжигания в котле.
Это еще одна замечательная фотография внутренней части печи. Когда летучие вещества высвобождаются из топлива, они встречаются с потоками воздуха под высоким давлением из наддувочных форсунок. Это турбулентное смешивание воздуха и летучих газов завершает процесс сгорания, высвобождая тепло, которое передается внутри котла.
При недостатке воздуха для избыточного горения большое количество угарного газа и других горючих веществ будет проходить через систему и выходить из дымовой трубы. Этот перерасход топлива приводит к потерям тепла и снижению эффективности. Избыток воздуха для горения приводит к потерям тепла, поглощаемому избыточным воздухом, что также снижает эффективность. Цель здесь состоит в том, чтобы найти «золотую середину» для избыточного воздуха. Точно так же, как воздух наддувочного воздуха должен изменяться в зависимости от скорости подачи топлива, количество воздуха наддувочного воздуха должно зависеть исключительно от количества кислорода в дымовой трубе. Меньшее количество кислорода указывает на более эффективное сгорание. Возьмите показания дымовой трубы, чтобы увидеть корреляцию между уровнями окиси углерода и кислорода, чтобы определить наилучшие настройки кислорода для соответствующей котельной системы.
Понимание того, как работает твердотопливный котел, сводится к пониманию топлива и процесса горения, а также оборудования, которое контролирует сжигание топлива. Неправильная эксплуатация может привести к нежелательному времени обслуживания и разочарованию владельца котла. С другой стороны, при правильной эксплуатации твердотопливные котлы могут быть очень надежными, стабильными и экономичными.
Функции и назначение двух-, трех- и четырехходового клапана
Двух-, трех- и четырехходовые клапаны имеют переменную пропускную способность в зависимости от положения плунжера клапана. Запорно-регулирующая арматура данного типа может выполнять запорную, регулирующую, разделительную, распределительную и смесительную функции. Управление осуществляется с помощью привода, который может быть гидравлическим, электрическим, пневматическим или электромагнитным. Дискретный и аналоговый тип управления может использоваться для управления двух-, трех- и четырехходовыми клапанами. Сигнал об изменении положения конуса подается микроконтроллером, в результате клапан занимает заданное положение. Давайте разберемся, Зачем нужен трехходовой клапан в системах отопления? И когда его заменят на четырехполосный.
С помощью трех- и четырехходовых клапанов можно решать сложные задачи автоматизации процесса отопления, закачки воды в систему отопления и другие. Используются они, как правило, в проектных системах, но разобравшись в установке и специфике, такие клапаны значительно улучшат функциональность систем отопления частного дома.
Конструктивные особенности двух-, трех- и четырехходового клапана
Несмотря на изначально одинаковый принцип работы, в силу разной конструкции и функциональных особенностей двух-, трех- и четырехходовые клапаны имеют разное назначение и применение.
Двухходовой клапан
Двухходовой клапан работает по тому же принципу, что и шаровой кран. Внутренний конус изменяет коммуникационную способность клапана и, соответственно, расход проходящей через него жидкости. Но этот тип клапанов используется не только в отоплении, рабочим телом может быть любая термодинамическая среда.
Двухходовые клапаны показали особенно высокую эффективность в системах отопления и вентиляции. Применяются для изменения и регулирования параметров тепловых цепей, применяются в качестве смесительных, регулирующих, запорных, распределительных устройств, изменяющих условия рабочей среды.
Трехходовой клапан
Трехходовой клапан имеет другое конструктивное решение, хотя по сути это два двухходовых клапана в одном. Используется для разделения и смешения потоков с нужной степенью проникновения сред друг в друга. Благодаря трехходовым клапанам сырая вода смешивается в системах отопления и горячего водоснабжения. По аналогии с двухходовым клапаном рабочей средой может быть воздух, жидкость или газообразная среда. Клапан управляется микроконтроллером и сервоприводом. Метод регулирования аналогичен двухходовому клапану.
Чаще всего трехходовые клапаны применяются в системах отопления в качестве органа управления регулируемыми изменениями теплоотдачи от отопительных приборов, вентиляции, теплообменников. Трехходовой клапан имеет три патрубка, два входных и один выходной. Рабочая среда подается на входные патрубки, где перемешивается в зависимости от настроек и положения конуса. Теперь становится понятнее, для чего нужен трехходовой клапан.
В некоторых случаях трехходовые клапаны совмещают в себе функции обратного запорного устройства для предотвращения обратного потока жидкости. По характеру возможностей клапанный узел может иметь смесительную, разделительную и переключающую функции. Трехходовые клапаны широко используются в автоматических системах. Важной характеристикой и показателем качества является герметичность клапана, обеспечиваемая внутренними уплотнениями.
Типы трехходовых клапанов
На практике часто используются следующие аналоговые устройства на основе 3-ходового клапана:
- смесительный клапан для гидравлически корректного смешивания теплоносителя с различными значениями температуры. Защищает контуры отопления от перегрева;
- Термостатический клапан поддерживает постоянный уровень температуры в теплых полах и батареях. Его часто устанавливают на входе в котел, чтобы гарантировать стабильные температурные показатели теплоносителя. Используется в различных смесительно-делительных узлах;
- клапан теплого пола, используемый для понижения температуры теплоносителя и поддержания ее в заданном диапазоне значений. Если используется электронный вариант, то появляется возможность регулировать параметры в каждой комнате. Это касается только стабильной температуры теплоносителя; теплообмен в этом случае не учитывается.
Для чего нужен трехходовой кран, можно разобраться на примере конкретной системы отопления, хорошо разобравшись в ее функциях и принципах выбора запорной арматуры данного типа.
Четырехходовой клапан
У потребителей часто возникает вопрос о целесообразности использования в системе трех- или четырехходового клапана. Чаще всего их используют в случае автоматизации и поддержки специальных параметров в контуре отопления и ГВС. Четырехходовые клапаны используются, например, для регулирования работы твердотопливных котлов.
В некоторых случаях для этих целей достаточно обычного клапана.
Сравнение применения 3- и 4-ходового клапана
Например, для чего нужен трехходовой клапан и когда используется четырехходовой клапан:
- для получения стабильной температуры на входе и выходе котла. Принцип работы трехходового клапана заключается в подмешивании теплоносителя с «обратки». Показания датчиков температуры передаются на контроллер, который контролирует «перегрев» контура отопления и регулирует состояние трехходового клапана, его положение и пропускную способность;
- трехходовые клапаны некоторых производителей поддерживают дополнительные управляющие сигналы и бывают, например, двух- и трехпозиционными. При двухпозиционном регулировании клапан либо открыт (есть смесь), либо закрыт (смесь отсутствует). Эти клапаны имеют тот недостаток, что они не могут занимать промежуточное положение при небольшой примеси. Эти клапаны не используются в системах со стабильной температурой подачи и обратки. Поскольку эффективность смешения зависит от ряда параметров (диаметр трубы, расход, сопротивление теплоносителя), требуется более точная регулировка, обеспечиваемая трехпозиционным трехходовым или четырехходовым клапаном.
- трехпозиционные трехходовые клапаны применяются для газовых котлов с модулирующей горелкой или в подобных случаях, в том числе и в пеллетных твердотопливных котлах (в т.ч. каскадное подключение котлов) когда автоматика плавно снижает мощность горения и безопасно для оборудования отключает котел, поддерживая работу насоса и другого сопутствующего оборудования;
- трехходовые клапаны служат для поддержания температуры на входе в твердотопливный котел. Например, регулятор твердотопливного котла FR124 (Honeywell) позволяет автоматизировать процесс, но не позволяет удерживать температуру. Для этого используются трехходовые клапаны. Отметим, что при перепадах температуры также наблюдается выпадение конденсата, что грозит коррозией теплообменного контура и увеличивает отложение накипи. Трещины могут появиться в чугунных теплообменниках, а также в сварных соединениях котлогенератора.
Заменяем трехходовую на четырехходовую
Вместо трехходового клапана на входе в котел в последнем случае можно использовать четырехходовой клапан. В его задачи входит не только регулирование параметров климат-контроля, но и внутренних физических характеристик контура котла и связанной с ним системы отопления. На рисунке представлена типовая схема теплового подключения. твердотопливный котел и бак ГВС, выход котла подключается к прямой котловой линии, где делится на ГВС и отопление. Разделение как раз и осуществляется с помощью четырехходового клапана, обеспечивающего постоянную циркуляцию в котле и отопительном контуре и регулярную подачу горячего теплоносителя в бак ГВС для поддержания температуры.
Типовые тепловые схемы
Рис. 1. Тепловая схема подключения твердотопливного котла к системе отопления с принудительной циркуляцией и четырехходовым клапаном.
1 – котел; 2 – блок автоматики управления котлом; 3 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 4 – комнатный термостат; 5 – циркуляционный насос; 6 – потребитель тепла; 7 – дифференциальный клапан; 8 – четырехходовой смесительный клапан; 9 – расширительный бачок; 10 – водогрейный котел; 11 – насос котла; 12 – запорная арматура; 13 – фильтр.
Рис. 2. Принципиальная схема применения термостатического трехходового клапана для твердотопливных котлов с целью выравнивания температуры
ТК – твердотопливный котел; ГК – газовый котел; 1 – четырехходовой клапан; 2 – датчик температуры; 3 – котловые насосы; 4 – потребитель тепла; 5 – циркуляционный насос; 6 – контроллер.
Примеры, для чего нужен трехходовой клапан и подробная схема работы четырехходового клапана рассмотрены в статье «Автоматика для системы отопления».
