КПД твердотопливного котла

Что такое КПД твёрдотопливного котла.

КПД твёрдотопливного котла часто указывают 90% и выше.

Сложно получить такой высокий КПД, а тем более официальный документ, его подтверждающий. Для этого необходимо провести специальные испытания, так как обычное топливо, по своим характеристикам и составу являются очень нестабильным.

На рынке много различных марок угля. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажности. Это крупные куски и пыль, которые могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД твердотопливного угля будет разной.

При таких разбросах параметров топлива гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла сложно без проведения специальных испытаний со стандартизированным топливом.

Соотношение количества тепла, полученного от сгоревшего топлива к количеству полезного тепла, выделенного котлом через теплообменник в теплоноситель, называется коэффициентом полезного действия (КПД).

КПД твёрдотопливного котла зависит от потерь тепла:

  • которые происходят из-за недожога выделяемых при горении газов, благодаря чему образуется сажа и черный дым (химический недожег топлива);
  • несгоревшего топлива, удаляемого с золой (механический недожег топлива);
  • степени выброса в трубу энергии тепла, т.е. от температуры дымовых газов, которая зависит от эффективности теплообменника;
  • качественных характеристик топлива, в т.ч. и от его влажности.

Разберем это более подробно.

Уменьшает КПД неправильная подача воздуха. От его количества сильно зависит полнота сгорания угля, для чего необходимо строго определённое количество воздуха. Если воздуха будет мало – топливо не догорит, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а так как он поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не догорят, осядут сажей, не отдадут все тепло.

Существует также проблема тесной топки , когда пламя, для полного сгорания топлива необходимо «развернуть» в достаточном объеме пространства, кислорода и времени.

Алгоритм работы твёрдотопливных котлов.

Автоматизация подразумевает включение и выключение дымососа, термостатом, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома. Если температура воды становится выше нормы, то термостат выключает дымосос, прекращая поступление воздуха в котёл.

Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД котла стало максимальным, когда надо много кислорода – термостат снижает КПД, ограничивая его подачу. Когда температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но топливо уже остыло, ему не нужно столько кислорода и КПД опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов.

Поэтому, для повышения КПД необходима регулировка оборотов двигателя дымососа , чтобы интенсивность горения топлива была постоянной.

КПД по топливу некоторых тепловых машин

Карбюраторный двигатель (ДВС) — 25%

Реактивный двигатель — 30%

Дизельный двигатель (ДВС) — 38%

Газовая турбина — 55%

Паровая турбина — 60%

Влияние теплообменика на КПД.

Важно также исключить холодные стенки теплообменника котла. Вода, являясь теплоносителем, охлаждает стенки котла. Низкая температура теплообменника приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Оно до конца не сгорает и его остатки вылетают в трубу. Поэтому, необходимо поддерживать постоянно высокую температуру в котле, желательно выше, как минимум, температуры конденсации смол.

Важно иметь и эффективный теплообменник , чтобы снизить температуру дымовых газов, которая должна быть не более чем 100°С в идеале.

Прочие факторы влияющие на КПД.

  1. Повысить КПД котла можно и за счет снижения влажности топлива.
  2. Также необходимо контролировать величину уноса и провала несгоревшего топлива.
  3. Не последнюю роль играет и утепление самого котла, чтобы исключить нерационально высокую температуру в помещении котельной, т.к. требуется максимально полная отдача тепла в теплоноситель.

Реальный КПД у котла редко бывает выше 50%.

Таким образом, в бытовых котлах много полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов. Потому реальный КПД у котла обычно редко бывает выше 50%.

Для повышения КПД твердотопливных котлов надо повышать и квалификацию пользователей данного оборудования, для чего и служат эти публикации.

КПД и мощность твёрдотопливных котлов. Выясняем, насколько они эффективны

мощность твердотопливного котла

Твердотопливные котлы

мощность твердотопливного котла

Если Вы задумали строительство загородного дома в том месте, где нет возможности подключиться к централизованному отоплению, перед Вами обязательно встанет вопрос выбора автономной отопительной системы. Довольно часто в таких случаях приходится довольствоваться установкой твёрдотопливного котла, использующего в своей работе энергию дров или угля. Современный рынок предлагает множество решений, производители обещают высокую теплоотдачу и КПД, а так же низкий расход топлива. Но стоит ли доверять обещаниям производителей? Данная статья поможет Вам разобраться в вопросе подбора мощности твердотопливных котлов и их КПД. Поможет выяснить нюансы работы твёрдотопливного котла и на сколько он эффективен.

КПД твёрдотопливного котла

Мощность твердотопливного котла системы отопления, а значит способность обогревать помещение – это конечно важный параметр, но не настолько, чтобы ставить его во главу угла. Нужно обратить внимание ещё и на то, сколько он потребляет топлива для этого. Соотношение данных затрат к количеству полезного тепла, выделенного котлом для обогрева дома называется коэффициентом полезного действия, или сокращённо КПД.

От чего зависит КПД твёрдотопливного котла (а соответственно и мощность)? В первую очередь от потерь полезного тепла, которое может происходить из-за недожога выделяемых при горении газов (благодаря чему кстати образуется сажа), качественных характеристик топлива и степени выброса в трубу энергии тепла. Об этих и других факторах, снижающих показатель КПД, будет рассказано далее.

Почему не стоит доверять рекламе

При просмотре рекламных объявлений, относящихся к мощности твёрдотопливных котлов, часто можно увидеть предложения, обещающие от 90% КПД и выше. Однако если Вы запросите какой-нибудь официальный протокол или акт, подтверждающий этот показатель – Вам его не смогут предоставить, и вот почему.

Чтобы составить подобный документ, необходимо провести испытания, используя для этого соответствующим образом стандартизованное топливо. В отношении угля или дров получить такое топливо нельзя – потому что они по своим характеристикам и составу являются самыми нестабильными в мире. Как можно получить постоянный показатель, используя непостоянные составляющие?

Нестабильность твёрдого топлива

Рассмотрим, в чём же заключается нестабильность угля или дерева в качестве топлива. Начнём с угля.

Различных марок угля, предлагаемого на рынке, бесчисленное множество. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажностью. Может состоять как из крупных кусков, так и из мельчайших частиц, и все они могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД и мощность твердотопливного угля также будет разной.

Если говорить о дровах – то здесь ситуация точно такая же. Поленья обладают разными размерами, хранятся при различной влажности воздуха, а значит способность выделять тепло у них будет различная. Так, например, если при влажности дров, равной 15%, их теплотворность будет равна примерно 4.3 кВт*ч на килограмм, то при 20% она уже будет меньше 4 кВт*ч на килограмм. При большей влажности этот показатель будет ещё ниже.

Естественно, что при таких разбросах гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла, равный 90% — мягко говоря вводить в заблуждение.

Рассмотрим другие факторы, влияющие на показатель коэффициента полезного действия.

Неправильная подача воздуха

мощность твердотопливного котла

От того, сколько кислорода поступает в топку, сильно зависит работа пламени. Чтобы топливо нормально горело и отдавало максимальное количество тепла, ему необходимо строго определённое количество воздуха – не больше, не меньше. Если воздуха будет мало – углеводороды, выделяемые при горении, будут плохо окисляться, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а он, как правило, поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не успевают сгореть (оседая опять же сажей на трубах) и выделить тем самым полезное тепло. Стоит заметить, что в воздухе содержится влага, на испарение которой так же тратится тепло (вместо того, чтобы обогревать дом).

Большинство твёрдотопливных котлов, предлагаемых на рынке, работают по следующему принципу. В них установлен термостат, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома для его обогрева. Если вода становится слишком горячей – термостат уменьшает подачу воздуха в котёл (так регулируется мощность твердотопливного котла). Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД с мощность твердотопливного котла стало максимальным, а значит пламя стало нуждаться в большем количестве кислорода – термостат искусственно снижает КПД, ограничивая подачу воздуха.

После того, как температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но к тому моменту топливо уже догорает и ему не нужно столько кислорода. Эффективность обогрева опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов, о чём было сказано ранее.

Получается, что принцип действия большинства твёрдотопливных котлов абсолютно противоречит понятию высокого КПД.

Холодные стенки котла

Обычно вокруг твёрдотопливного котла смонтирована ёмкость с водой, которая, нагреваясь, циркулирует по дому. Наличие воды способствует охлаждению стенок котла. Это опять же приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Его остатки вылетают в трубу и оседают на ней в виде сажи, не принеся никакой пользы. Ситуация усугубляется довольно тесным пространством в топке, что так же снижает количество кислорода, и без того низкое.

Круглосуточная потеря тепловой энергии

Для поддержания нужной температуры в доме твёрдотопливный котёл должен работать 24 часа в сутки. Теперь представьте, сколько за это время полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов? КПД при такой работе никак не может быть 90%.

Читайте также  Как сделать водяной теплый пол под ламинат своими руками

Здесь стоит упомянуть ещё такой тип котла, как пиролизный. В добавок к вышеуказанным недостаткам в его случае добавляется ещё два:

  1. Круглосуточно работающий вентилятор потребляет электроэнергию.
  2. Благодаря тому же вентилятору в котёл поступает избыточный кислород – снижается температура газов, они не успевают сгорать и улетают в трубу.

Ускоренное движение газов по трубе становится причиной снижения ещё одного параметра – КПД теплообмена. Из за особой конструкции котла пламя в нём не успевает догореть и поднимается в теплообменник, где и затухает, оставляя попутно сажу и выбрасывая в трубу не сгоревшие газы.

Необходимость постоянно следить за работой котла

В заключение стоит сказать о том, что мощность твёрдотопливного котла необходимо контролировать круглосуточно 7 дней в неделю. Вы не сможете нормально отлучиться, куда-нибудь уехать и оставить котёл без присмотра. Фактически Вы становитесь его заложником на все месяцы отопительного сезона.

Стоит ли устанавливать такой котёл – решать конечно Вам. Но всё-таки есть смысл поискать вариант более эффективный, экономичный и не имеющий таких требований к эксплуатации.

Что такое КПД бытовых отопительных котлов, как он рассчитывается и от чего зависит

КПД (коэффициент полезного действия) отопительного котла – это соотношение объема потребляемого топлива к объему выделяемого тепла. КПД даже наиболее эффективных современных моделей водогрейных котлов не может быть 100% в виду теплопотерь внутри котла, недостаточной теплопроводности металлов или несовершенства принципа работы. Кроме того, эффективность одной и той же модели газового котла зависит и от нагрузки: указанный в паспорте КПД является реальным не во всем диапазоне теплопроизводительности.

В статье мы разберем как правильно считать КПД, от чего он зависит и как увеличить эффективность уже приобретенного котла своими силами.

Читайте в статье

КПД-брутто и КПД-нетто

Не всё выработанное при сгорании топлива тепло направляется на нагрев теплоносителя, определенная часть расходуется на собственные нужды котлоагрегата: турбина, вентилятор или дымосос, циркуляционный насос, работа автоматики и электронного дисплея, работа электропривода (как вы уже поняли, в расчете используются все виды получаемой энергии, в том числе и электроэнергия, если котел энергозависимый).

С учетом этого принято разделять эффективность котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и отпущенной теплоте (КПД-нетто).

Такая классификация позволяет выделить степень технического совершенства котла – КПД-брутто или экономичность расхода топлива и электроэнергии – КПД-нетто.

Как рассчитать КПД котла отопления

Рассчитать значения можно несколькими способами. В европейских странах расчет КПД котла отопления принято производить по температуре отходящих газов (метод прямого баланса), то есть зная разницу между температурой окружающей среды и реальной температурой отходящих через дымоход газов. Формула довольно проста:

η бр = (Q1/Qi r ) 100%, где

  • η бр (читается «эта») – КПД котла «брутто»;
  • Q1 (МДж/кг) – к-во тепла, которое удалось аккумулировать, т.е. использовать в целях обогрева дома.
  • Qi r (МДж/кг) – общее количество тепла, выделяемое при сжигании топлива;

Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Qi r = 22 МДж/кг, то КПД «брутто» = (19/22)*100 = 86,3%. Все замеры проводятся при уже установившемся, стандартном режиме работы котла.

КПД и теплопотери

Метод прямого баланса не учитывает теплопотери самого котлоагрегата, недожог топлива, отклонения в работе и прочие особенности, поэтому был придуман принципиально другой, более точный способ расчета – «метод обратного баланса». Используется уравнение:

η бр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где

  • q2 – потери тепла с уходящими газами;
  • q3 – потери тепла вследствие химического недожога горючих газов (применимо к газовым котлам);
  • q4 – потери тепловой энергии с механическим недожогом;
  • q5 – теплопотери от наружного охлаждения (через тепплообменник и корпус);
  • q6 – потери тепла с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки.

КПД «нетто» котла отопления согласно методу обратного баланса:

η нетто = η бр — Q с.н , где

  • Qс.н – общий расход тепловой и электрической энергии на собственные нужды в % выражении.

Реальный КПД практически всегда будет отличаться от заявленного производителем, поскольку зависит от правильности монтажа котла и отопительной системы, системы дымоудаления, качества электроснабжения и т.д. Измеряется он, соответственно, уже на месте.

От чего зависит тепловая эффективность котлоагрегатов

Принцип работы газового атмосферного котла

Принцип действия классического напольного газового атмосферника.

Коэффициент полезного действия отопительных котлов равен не при любой мощности, существует пропорциональная зависимость от нагрузки: увеличение тепловой нагрузки (к-ва сжигаемого топлива) увеличивает и теплопотери через корпус или дымоход. Так же точно эксплуатация на минимальной мощности не всегда обеспечивает полноценное сгорание топлива, что приводит к снижению КПД.

Например, в сервисной инструкции к газовым котлам Protherm Волк KSO мощностью 12,5 кВт и 16,0 кВт указано, что при работе на максимальной мощности (12,8 кВт и 16,3 кВт соответственно) КПД равен 92,5 %, в то время как при работе с минимальной нагрузкой (4,5 кВт и 5,8 кВт) – снизится и составит всего 78,4 %.

Это одна из основных причин, почему стоит осознанно подходить к выбору мощности котлоагрегата. Наиболее оптимальная работа в большинстве моделей достигается при нагрузке в диапазоне 60-90% от максимальной мощности.

В остальном коэффициент полезного действия зависит исключительно от технологического совершенства модели, направленного на снижение вышеописанных q2-6 (снижение температуры отходящих газов, эффективное сжигание топлива, модулируемые горелки, теплоизоляция и т.д.), а также от качества обслуживания и эксплуатации котлоагрегата. Чистота теплоносителя, регулярная чистка и промывка – все это со временем серьезно влияет на КПД.

Комнатный термостат котла в интерьере домаКак выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Значения современных котлов в зависимости от вида топлива

Фото Вид котла в зависимости от сжигаемого топлива Средний КПД, %
Baxi SLIM 2.230 I Газовые
— Конвекционные 87-94
— Конденсационные 104-116 *
Твердотопливный котел на угле в разрезе Твердотопливные
— Дровяные 75-87
— Угольные 80-88
— Пеллетные 80-92
Жидкотопливный котел Жидкотопливные
— На дизельном топливе 86-91
— На мазуте 85-88
Vaillant eloBLOCK VE 12 Электрические ТЭНовые 99-99,5

* С точки зрения физики КПД не может превышать 100%: больше тепловой энергии, чем выделяется при сжигании топлива получить невозможно. Однако все зависит от того, как считать. Есть два определения:

  • низшая теплота сгорания – тепло, полученное при сгорании топлива, когда продукты сгорания просто удаляются через дымоход;
  • высшая теплота сгорания – теплота с учетом в том числе и энергии, содержащиеся в водяном паре – одном из продуктов сгорания горючих газов.

Газовые конденсационные котлы дополнительно аккумулируют и тепловую энергию конденсата, образующегося из продуктов сгорания газа и оседающего на дополнительном теплообменнике. Таким образом, существенная часть тепла не «вылетает в трубу», а температура отходящих газов практически равна атмосферной.

Принцип работы конденсационных одноконтурных газовых котлов

Устройство простого конденсационного одноконтурного газового котла.

Согласно действующим нормам, как в России, так и в Европе, КПД отопительных котлов рассчитывается по низшей удельной теплоте сгорания, поэтому учет дополнительного тепла, извлекаемого из конденсата, приводит к значениям более 100%. При расчете по высшей теплоте сгорания КПД конденсационных газовых котлов равен 96-98% в зависимости от модели и типа монтажа: у настенных котлов КПД обычно выше, чем у напольных (это относится ко всем газовым котлоагрегатам).

Также из таблицы можно заметить, что средний КПД твердотопливных котлов также отличается в зависимости от используемого топлива, связанно это со степень сжигания топлива, его теплоотдачей, температурой горения и теплопотерями с физическим теплом шлаков, удаляемых из топочной камеры. Даже один и тот же твердотопливный котел может выдавать разный КПД при работе на разных видах топлива.

Как увеличить КПД газового котла

Повысить эффективность сжигания топлива вмешательством в техническое устройство котла практически невозможно, тот же слой теплоизоляции установить не получится в виду банальной непредусмотренности производителем места под него. Кроме того, делать это своими руками запрещено. Тем не менее есть способы увеличить КПД газового котла, особенно, если это несовершенная модель старого образца:

Экономайзер на дымоход котла

  1. Готовый экономайзер для дымохода – заменяет определенный отрезок дымохода и предназначен для аккумуляции тепла отходящих через дымоход газов (некая имитация конденсационных котлов). Однако нужно точно посчитать параметры экономайзера и требования к дымоходу, чтобы сохранить необходимую тягу и предотвратить обратную тягу, например, при сильном ветре. Цена вопроса – 1 700-2 500 руб. Сэндвич-сетка экономайзер для трубы дымохода.
  2. Самодельный экономайзер – практически идентичный с вышеописанными готовыми изделиями. Как сделать эффективный экономайзер мы уже описывали в одной из предыдущих статей .
  3. Чистка котла и промывка теплообменника – это регулярные меры обслуживания, бессмысленные для новых котлоагрегатов, но крайне эффективные для эксплуатируемых хотя бы несколько сезонов. Дело в том, что во время эксплуатации внутри теплообменника образуются накипь и прочие солевые отложения, забиваются внешние ребра теплообменника, горелки и запальник. Все это приводит к увеличению расхода газа, снижению теплопроизводительности, соответственно, снижению КПД (часто до 20-30%). Как и насколько часто необходимо чистить газовый котел мы также уже разбирали ранее .
  4. Газовый фильтр – устанавливается он перед запорной арматурой газовой магистрали и предназначен для очистки газа от мусора и примесей, иногда встречающихся в составе. Это не только способствует снижению сажеобразования, но и, повышая качество топлива, незначительно снижает теплопотери при недожоге.

Остальные же методы заключаются в правильных пуско-наладочных работах, которые проводятся единожды, при первом запуске котла, исключительно специалистами. При правильной изначальной настройке обеспечивается КПД, гарантируемый производителем. Важно понимать, что повысить этот показатель вмешательством в техническое устройство самого котла невозможно, и уж тем более – не безопасно.

Читайте также  Планировка дома с печью

Коэффициент полезного действия работающего на твердом топливе

КПД производственного котла, работающего на твердом топливе

Показателем эффективности котла служит коэффициент полезного действия далее КПД. Коэффициент полезного действия котла — отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесенной в топку котла при сжигании топлива
η = (Q1/ Qri)100 %.

Котлы с механической топкой ТШПМ

По ряду причин, не все тепло выделившееся во время горения топлива и внесенное с воздухом, поданным на горение, расходуется на нагрев теплоносителя.

Часть тепла теряется. Выделяют пять основных потерь тепла в котле: с теплом уходящих газов — q2 = (Q2/Qri)100 %; от химической неполноты сгорания топлива —
q3 = (Q3/Qri)100 %; от механической неполноты сгорания топлива — q4 = (Q4/Qri)100 %; потери тепла в окружающую среду — q5 = (Q5/Qri)100 %; потери с физическим теплом шлака q6 = (Q6/Qri)100 %.

Полезно используемую теплоту определяют путем вычитания из теплоты сгорания топлива Qri суммарных потерь теплоты, кДж/кг или ккал/кг

Q1 = Qri (Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6)

или (в процентах)

q1 = 100 (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Влияние нагрузки КПД отопительного котла

Чем выше тепловая нагрузка (форсировка) котла, тем больше топлива сжигается в его топке и тем больше образуется дымовых газов. Одновременно с увеличением теплопроизводительности котла при повышенной форсировке растут потери теплоты с уходящими газами, так как температура уходящих газов при увеличении нагрузки возрастает, как следствие КПД котла уменьшается.

Эксплуатация котла ниже установленной мощности на 15 % пиковой нагрузки с учетом теплопотребления и потерь при транспортировке, приводит к увеличению потерь в окружающую среду и как следствие снижение КПД котла, особенно при работе котла на неполную мощность в начале и в конце основного отопительного сезона.

Дровяной котел

Поэтому так важно при выборе котла точно определить необходимую мощность при пиковой нагрузке.

Казалось бы, есть к чему стремиться достичь КПД котла близкий к 100 %, но на этом пути есть преграды, которые не преодолеть либо по причине самой специфики слоевого сжигания твердого топлива, либо высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Рассмотрим возможный достижимый КПД котла при слоевом сжигании твердого топлива.

Оценим потери q6- потери с физическим шлаком

q6 = (Q6/Qri)100 % = (aшл∙(cυ)зл∙Ar)/Qri

Где: aшл = 1 aун доля шлака в слое топлива, определяется по доле уноса золы из топки котла aун, доля уноса зависит от вида топочного устройства и способа подачи топлива в топку на горение, при правильно организованном процессе горения составляет 5-20 % (Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод), Издательство «Энергия», Москва. Далее Нормы теплового расчета), следовательно, доля шлака составляет 80-95 %;

(cυ)зл = 133,8 ккал/кг энтальпия золы (шлака) при температуре 600 °C (нормы теплового расчета) ;

Ar зольность на рабочую массу топлива, зависит от вида топлива и колеблется в пределах 5-45 % (нормы теплового расчета);

Qri низшая теплота сгорания топлива, зависит от вида топлива и колеблется в пределах 2500-5400 ккал/кг.

Следовательно, q6 может колебаться в пределах 0,1-2, 3 %.

Котел промышленный твердотопливный

Оценим потери q5. С увеличением номинальной производительности котла доля ограждающей поверхности на единицу вырабатываемой мощности уменьшается, следовательно, уменьшаются и потери q5. Потери тепла от наружного охлаждения для котлов малой мощности от 0,1 до 4 МВт колеблются в пределах 2,5-3,5 % (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q4. Данный вид потерь в большей степени зависит от типа топочного устройства применяемого для сжигания конкретного вида топлива. Потери от механической неполноты сгорания топлива колеблются в пределах 3-11% (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q3. Данный вид потерь зависит от полноты смешивания топлива с воздухом. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива колеблются в пределах 0,5 1 % (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q2. Данный вид потерь является основным, и зависит от вида топлива, температуры уходящих газов, организации топочного процесса и конструктивных особенностей котла (эффективности организации теплообмена). Учитывая низшую рекомендованную температуру уходящих газов по нормам теплового расчета 150 °C и максимально допустимую по ГОСТ 30735-2001 при сжигании углей 280 °C, потери q2 варьируются в пределах 9 — 22 %.

Суммируя все потери, получаем, что максимально достижимый КПД котла на данном этапе развития промышленности в области малой теплоэнергетики составляет

Заявленный производителем КПД котла обеспечивается грамотным монтажом, наладкой и его эксплуатацией на месте, а также сжигаемым топливом и его характеристиками.

Каждый котел имеет оптимальную нагрузку, являющуюся наиболее экономичной. Эксплуатация котла должна быть организована таким образом, чтобы наибольшую часть времени он работал на максимально экономичном режиме нагрузки.

ОСНОВНЫМИ ПУНКТАМИ ПРАВИЛ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ИМЕЮЩИХ НАИБОЛЬШЕЕ ВЛИЯНИЕ НА КПД КОТЛА, ЯВЛЯЮТСЯ

Котел работающий на опилках и древесных отходах

Регулировка тяги и дутья; контроль стабильного горения и полноты выгорания топлива;- контроль величины провала и уноса; контроль состояния поверхностей нагрева и их своевременная очистка. Правильно организованные тяга и дутье позволят организовать оптимальный коэффициент избытка воздуха в топке и полноту выгорания топлива. Увеличение коэффициента избытка воздуха приведет к увеличению потерь с уходящими газами. Чрезмерное уменьшение коэффициента избытка воздуха приведет к появлению зон с недостатком кислорода. В таких зонах не происходит полного окисления элементов топлива и образуется сажа. Контроль за стабильностью горения и полнотой выгорания топлива осуществляется при выполнении основных правил: загрузка топлива должна быть равномерной (достаточной), не должно быть очагового горения слой топлива должен покрывать все полотно слоевой решетки и гореть по всей поверхности. Равномерно распределенная по времени загрузка топлива позволит сократить период сушки топлива и добиться устойчивого пламени. Правильное осуществление контроля за горением топлива позволяет сократить время сушки топлива и обеспечить полное выгорание летучих горючих веществ топлива и кокса. При правильно организованном топочном процессе пламя должно иметь соломенный цвет. Провал топлива — это по сути потери с механическим недожогом. Интенсивный провал может привести к возгоранию топлива в коробе поддува, с последующим перегревом и выходом из строя слоевой колосниковой решетки. Наличие сажистых и золовых отложений на поверхностях нагрева в разы уменьшает интенсивность теплообмена и, следовательно, снижает КПД котла. ООО Котельный завод «РЭП» производит широкий модельный ряд водогрейных котлов, а так же котельно — вспомогательного оборудования

Как с помощью вентилятора повысить КПД твердотопливного котла

КПД (коэффициент полезного действия) отопительного котла – это соотношение объема потребляемого топлива к объему выделяемого тепла. КПД даже наиболее эффективных современных моделей водогрейных котлов не может быть 100% в виду теплопотерь внутри котла, недостаточной теплопроводности металлов или несовершенства принципа работы. Кроме того, эффективность одной и той же модели газового котла зависит и от нагрузки: указанный в паспорте КПД является реальным не во всем диапазоне теплопроизводительности.

В статье мы разберем как правильно считать КПД, от чего он зависит и как увеличить эффективность уже приобретенного котла своими силами.

КПД-брутто и КПД-нетто

Не всё выработанное при сгорании топлива тепло направляется на нагрев теплоносителя, определенная часть расходуется на собственные нужды котлоагрегата: турбина, вентилятор или дымосос, циркуляционный насос, работа автоматики и электронного дисплея, работа электропривода (как вы уже поняли, в расчете используются все виды получаемой энергии, в том числе и электроэнергия, если котел энергозависимый).

С учетом этого принято разделять эффективность котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и отпущенной теплоте (КПД-нетто).

Такая классификация позволяет выделить степень технического совершенства котла – КПД-брутто или экономичность расхода топлива и электроэнергии – КПД-нетто.



Как рассчитать КПД котла отопления

Рассчитать значения можно несколькими способами. В европейских странах расчет КПД котла отопления принято производить по температуре отходящих газов (метод прямого баланса), то есть зная разницу между температурой окружающей среды и реальной температурой отходящих через дымоход газов. Формула довольно проста:

ηбр = (Qir/Q1) 100%, где

  • ηбр (читается «эта») – КПД котла «брутто»;
  • Qir(МДж/кг) – общее количество тепла, выделяемое при сжигании топлива;
  • Q1 (МДж/кг) – к-во тепла, которое удалось аккумулировать, т.е. использовать в целях обогрева дома.

Например, если Q1 = 22 МДж/кг, Qir = 19 МДж/кг, то КПД «брутто» = (19/22)*100 = 86,3%. Все замеры проводятся при уже установившемся, стандартном режиме работы котла.

Метод прямого баланса не учитывает теплопотери самого котлоагрегата, недожог топлива, отклонения в работе и прочие особенности, поэтому был придуман принципиально другой, более точный способ расчета – «метод обратного баланса». Используется уравнение:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где

  • q2 – потери тепла с уходящими газами;
  • q3 – потери тепла вследствие химического недожога горючих газов (применимо к газовым котлам);
  • q4 – потери тепловой энергии с механическим недожогом;
  • q5 – теплопотери от наружного охлаждения (через тепплообменник и корпус);
  • q6 – потери тепла с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки.

КПД «нетто» котла отопления согласно методу обратного баланса:

ηнетто = ηбр — Qс.н, где

  • Qс.н – общий расход тепловой и электрической энергии на собственные нужды в % выражении.

Реальный КПД практически всегда будет отличаться от заявленного производителем, поскольку зависит от правильности монтажа котла и отопительной системы, системы дымоудаления, качества электроснабжения и т.д. Измеряется он, соответственно, уже на месте.


Как повысит эффективность отопительной техники, работающей на твердом топливе

Сегодня многие потребители, имея в своем распоряжении твердотопливный котел, стараются найти наиболее удобный и практичный способ как повысить КПД отопительного оборудования. Технологичные параметры нагревательных приборов, заложенные производителем, со временем теряют свои номинальные значения, поэтому для повышения эффективности котельного техники изыскиваются различные способы и средства.

Читайте также  КПД электрических обогревателей

Рассмотрим один из наиболее эффектных вариантов, установка дополнительного теплообменника. В задачу новой оснастки входит снятие тепловой энергии с летучих продуктов горения.

На видео можно увидеть, как сделать самостоятельно экономайзер (теплообменник)

Для этого нам предварительно необходимо узнать какова температура дыма на выходе. Изменить ее можно при помощи мультиметра, который помещается непосредственно в середину дымохода. Данные о том, сколько можно получить дополнительного тепла от улетучивающихся продуктов горения необходимы для расчета площади дополнительного теплообменника. Делаем следующие действия:

  • отправляем в топку дрова определенного количества;
  • засекаем за сколько времени прогорит определенное количество дров.

К примеру: дрова, в количестве 14.2 кг. горят 3,5 часа. Температура дыма на выходе из котла составляет 460 0 С.

За 1 час у нас сгорело: 14,2/3,5 = 4,05 кг. дров.

Для расчета количества дыма используем общепринятое значение — 1 кг. дров = 5,7 кг. дымовых газов. Далее умножаем количество сгоревших за один час дров на количество дыма, получаемое при сгорании 1 кг. дров. В итоге: 4,05 х 5,7 = 23,08 кг. летучих продуктов горения. Эта цифра и станет отправной точкой для последующих расчетов количества тепловой энергии, которую можно использовать дополнительно для нагрева второго теплообменника.

Зная значение теплоемкости летучих горячих газов, как 1,1 кДж/кг., делаем дальнейший расчет мощности теплового потока, если мы хотим снизить температуру дыма с 460 0 С до 160 градусов.

Q = 23,08 х 1,1 (460-160) = 8124 кДж тепловой энергии.

В итоге получаем точное значение дополнительной мощности, которую обеспечивают летучие продукты горения: q = 8124/3600 = 2,25 кВт, цифра большая, которая может оказать существенное влияние на повышение эффективности отопительного оборудования. Зная о том, сколько энергии уходит впустую, желание оснастить котел дополнительным теплообменником вполне оправдано. За счет притока дополнительной тепловой энергии для работы по нагреву теплоносителя, повышается не только эффективность всей системы отопления, но и сам КПД отопительного агрегата растет.

От чего зависит тепловая эффективность котлоагрегатов


Принцип действия классического напольного газового атмосферника.
Коэффициент полезного действия отопительных котлов равен не при любой мощности, существует пропорциональная зависимость от нагрузки: увеличение тепловой нагрузки (к-ва сжигаемого топлива) увеличивает и теплопотери через корпус или дымоход. Так же точно эксплуатация на минимальной мощности не всегда обеспечивает полноценное сгорание топлива, что приводит к снижению КПД.

Например, в сервисной инструкции к газовым котлам Protherm Волк KSO мощностью 12,5 кВт и 16,0 кВт указано, что при работе на максимальной мощности (12,8 кВт и 16,3 кВт соответственно) КПД равен 92,5 %, в то время как при работе с минимальной нагрузкой (4,5 кВт и 5,8 кВт) – снизится и составит всего 78,4 %.

Это одна из основных причин, почему стоит осознанно подходить к выбору мощности котлоагрегата. Наиболее оптимальная работа в большинстве моделей достигается при нагрузке в диапазоне 60-90% от максимальной мощности.

В остальном коэффициент полезного действия зависит исключительно от технологического совершенства модели, направленного на снижение вышеописанных q2-6 (снижение температуры отходящих газов, эффективное сжигание топлива, модулируемые горелки, теплоизоляция и т.д.), а также от качества обслуживания и эксплуатации котлоагрегата. Чистота теплоносителя, регулярная чистка и промывка – все это со временем серьезно влияет на КПД.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Особенности металлической печи

отопительная печь для дома Теплодар T-80

Металлическая печь в доме занимает намного меньше места, но её установка предполагает свои особенности и нюансы. Для таких печей нужно оборудовать специальное место.

Печи изготавливаются из прочного чугуна или специализированной профилированной стали. Толщина стенок начинается от 2 мм и может достигать 8 мм. Обычно корпус таких печей имеет несколько слоёв — стальные стенки, изолирующий материал, кожух-конвектор. При таком устройстве корпуса печного оборудования жильцы надежно защищены от ожогов и тепловых ударов, а риск возникновения пожара будет минимальным.

Как выбрать твердотопливный котел

На сегодняшний день на рынке существует огромное количество различных моделей твердотопливных котлов. Прежде всего это пиролизные и традиционные отопители, работающие на дровах, пеллетах, опилках или угле. В данном материале мы постараемся ответить на часто задаваемый вопрос: как правильно выбрать твердотопливный котел? После прочтения статьи вы сможете самостоятельно определить ключевые моменты, которое необходимо учитывать при выборе отопительного агрегата.

Некоторые тонкости в устройстве котлов

Твердотопливный котел для отопления частного дома

Устройство твердотопливного котла

Для начала разберем, как работает классический котел. Стандартный аппарат состоит из загрузочного бункера (топки), зольной камеры и зольника для сбора золы, колосника, водяной рубашки, входного и выходного патрубка, дымохода и заслонки. Также в устройство котла может входить вентилятор и автоматический блок управления.

Автоматика позволяет управлять насосом циркуляции системы отопления, а также регулировать количество подачи воздуха для контроля процесса сгорания топлива в зависимости от выбранного температурного режима.

Как работает твердотопливный котел

Блок управления с вентилятором

Максимальная эффективность в лучших твердотопливных котлах достигается при небольшом избытке воздуха и минимальных потерях тепла вместе с выхлопом дымовых газов.

Для этого в дымоход встраивается регулятор, который подмешивает холодный воздух внутрь дымохода, позволяя сохранять максимальное количество тепла внутри топки котла.

Холодный дымоход – свидетельство качественного твердотопливного котла с высоким коэффициентом полезного действия.

В пиролизных котлах обычно устанавливают автоматический регулятор тяги, когда цепь подсоединяется к нижнему окну подачи кислорода. Под колосники поступает необходимое количество воздуха для обеспечения горения топлива.

После того, как дрова загорятся, автоматический цепной регулятор закрывает нижнее окно, исключая избыточную подачу кислорода в камеру сгорания. Также существуют котлы с ручной регулировкой, которая позволяет увеличивать или уменьшать тягу, согласно выбранному температурному режиму.

Твердотопливные котлы малой мощности

Цепочный регулятор тяги

Рассматривая пиролизные котлы, обращайте внимание на наличие регулятора подачи вторичного воздуха с дополнительной камерой сгорания, так как это позволяет дополнительно сжигать газ СО2, который вырабатывается во время горения твердого топлива, что в свою очередь повышает эффективность котла.

Котел на дровах

Дополнительная камера сгорания

Почему в стальных котлах выше КПД

Сталь менее хрупкий материал, чем чугун, из-за этого стальные отопительные агрегаты обладают тем преимуществом, что в них можно конструировать камеры сгорания более сложных геометрических форм. Это позволяет увеличить площадь теплообмена, тем самым повышая КПД.

Ниже на фото в разрезе показана камера сгорания стального твердотопливного котла сложной конфигурации. Разумеется, что стоимость такого агрегата будет выше среднестатистических цен на рынке.

Какой твердотопливный котел лучше для отопления частного дома

Разрез камеры сгорания

Что важно знать перед покупкой

Нужно учитывать, что далеко не все котлы подойдут для ваших условий. Обращайте внимание как выполняется загрузка топлива в камеру сгорания. Как правило, в чугунных котлах загрузка дров или угля выполняется сбоку. В тоже время, существует много моделей с верхней загрузкой.

Если котельная расположена непосредственно внутри дома, то это может создать некоторые неудобства, из-за того, что при открытии дверцы отопителя в помещение будет попадать дым.

Чтобы исключить попадания дыма в жилые помещения, котлы с верхней загрузкой лучше располагать в отдельной котельной.

Выбор твердотопливного котла

Делая выбор твердотопливного котла учитывайте площадь помещения. Принято считать, что для отопления 10 м 2 котел должен вырабатывать 1 кВт тепловой энергии. Этот показатель можно принимать за норму при соблюдении следующих условий:

  • Высота потолка не превышает 3 м;
  • Количество и качество окон соответствует требуемым стандартам;
  • Дом должен быть хорошо утеплен для уменьшения потерь тепла.

Допустим, при площади дома в 200 м 2 твердотопливный котел должен обладать мощностью минимум в 20 кВт. На первый взгляд все требования вышеуказанных условий выполняются, но на самом деле есть одна деталь, о которой никогда нельзя забывать.

Если котел в точности подобран под теплопотери дома и не обладает запасом мощности, то в холодное время суток для поддержания комфортной температуры необходимо будет постоянно подбрасывать дрова в топку, а это не всегда удобно, особенно ночью.

Чтобы не сталкиваться с подобными трудностями, лучше купить котел с запасом мощности. Например, при требуемой мощности в 20 кВт лучше выбрать котел, который сможет выдавать 30-40 кВт тепловой энергии. Интенсивность горения можно контролировать автоматическим или ручным регулятором подачи воздуха в камеру сгорания.

При наличии большой котельной иногда используют буферную емкость, которая устанавливается между котлом и системой отопления. В процессе работы котел нагревает воду, которая накапливается в тепловом аккумуляторе, а затем после окончания работы котла, подается в систему отопления.

Отопление деревянного дома твердотопливным котлом

Если при выборе учитывается цена котла, то лучше остановить свой выбор на отопителях зарубежных производителей средней стоимости, в которых будет отсутствовать сложная электроника, характерная для дорогостоящих производителей.

Заключение

Для отопления частного дома лучше ориентироваться на твердотопливные котлы средней ценовой категории, которые будут обладать некоторым запасом мощности по сравнению с требуемыми параметрами для отапливаемого помещения. В заключение рекомендуем посмотреть видео с полезными рекомендациями эксперта по поводу выбора котла на твердом топливе.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: