Газовые горелки для котлов: виды, устройство, особенности атмосферных, вентиляторных, выбор, эксплуатация

Конструкции различных топок

Котельный агрегат включает в себя камеру сгорания или топку, в которой сгорает топливо и выделяется химически связанное тепло. Кроме того, топка функционирует как теплообменник и выделяет некоторое количество тепла за счет излучения при сгорании топлива. Кроме того, часть золы, образующейся при сгорании твердого топлива в топке, выпадает в осадок.

Топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива бывают двух типов: твердые или газообразно-твердые. В печах могут сжигаться различные виды топлива: твердое и газообразное, жидкое или газообразное.

Существуют три основных способа сжигания топлива: в слое, факеле и вихре (циклоне). В соответствии с этим топки разделяют на три больших класса: слоевые, факельные и вихревые. Факельные и вихревые топки часто объединяют в общий класс камерных топок.

Рис. 2. При сжигании твердого топлива на основе плотности слоя различают плотный слой и “кипение” (гетерогенные факелы).

Паропроизводительность до 20-35 т/ч перерабатывается в слое для подготовки топлива для котельных агрегатов. В слое может находиться только кусковое, твердое топливо, например: горючий торф, каменный уголь, такой как бурый уголь, На колосниковую решетку загружается топливо, которое будет сжигаться в слоях топлива. Как происходит горение в струе воздуха, которая обычно пронизывает этот слой снизу вверх?

По типу устройства различают три класса печей слоевого сгорания:

1 – топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива (рис. 3, а и б);

В печах с подвижной колосниковой решеткой (рис. 3, г);

3 – печи с неподвижной решеткой и подвижным слоем топлива (рис. 3, e, f, g)

Рис. 3: Принципиальные схемы печей со слоем сгорания: a – ручная горизонтальная колосниковая решетка; b – печь с неподвижным слоевым скребком; c – печь с механической цепной решеткой; d – печь с перевернутой механической цепной решеткой и скребком; e – печь со скребковым брусом; f – печь с колосниковой решеткой; g – печь с системой Померанцева.

Топка на рис. является самой простой, имеющей неподвижную колосниковую решетку и фиксированный слой топлива. (рис. 3) Эта колосниковая решетка предназначена для сжигания твердого топлива, но из-за ручного управления она может использоваться только с котлами, способными производить до 1-1,2 т/ч пара.

Для сжигания топлива в слоях повышенной паропроизводительности необходимо механизированное обслуживание печи и подача свежего топлива.

В плитах с неподвижной решеткой, со слоем твердого топлива, подача механизирована с помощью распределителей 1, которые непрерывно механически загружают свежее топливо и распределяют его по поверхности решетки 2 (рис. 3, б).

К классу топок с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива, относят топки с механической цепной решеткой (рис. 3, в), которые выполняют в различных модификациях. В этой топке топливо из загрузочной воронки 1 поступает самотеком на переднюю часть медленно движущегося бесконечного цепного колосникового полотна 2, которым оно подается в топку.

Топки с цепной колосниковой решеткой чувствительны к качеству топлива. Для сжигания этих углей лучше всего подходят сортированные не горящие умеренно зольные угли, имеющие высокую температуру плавления и выход летучих веществ UG = 10-25% на горючую массу.

В таких топках можно также сжигать сортированный антрацит. Для работы на спекающихся углях, а также на углях с легкоплавкой золой топки с цепной решеткой непригодны. Эти топки можно устанавливать под котлами паропроизводительностью от 10 до 150 т/ч, но в России их устанавливают под паровыми котлами паропроизводительностью 10-35 т/ч главным образом для сжигания сортированного антрацита.

Для сжигания топлива большой влажности, в частности кускового торфа, цепную решетку комбинируют с шахтным предтопком, который нужен для предварительной сушки топлива. Самой распространенной шахтно-цепной топкой является топка проф. Т. Ф. Макарьева.

В эту категорию входят также печи, имеющие скребок и колосниковую решетку с возвратной цепью. Колосниковая решетка в этих печах движется от задней стенки к передней в обратном направлении. На передней стенке печи расположены сбрасыватели, которые непрерывно подают топливо на полотно.

Сгоревший шлак с колосниковой решетки сбрасывается в специальный бункер, расположенный под фронтом печи. По сравнению с печью с прямой колосниковой решеткой, печи рассматриваемого типа менее чувствительны к качеству топлива.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и движущимся слоем топлива основаны на разных принципах организации процессов горения. В печах с перемешивающей решеткой топливо движется вдоль неподвижной горизонтальной решетки по специальной ленте, движущейся возвратно-поступательно по рельсам.

Они используются для сжигания бурого угля в котлах, которые могут производить до 6,5 т/ч пара. Профессор С. В. Татищев создал технологию сжигания фрезерного торфа, которая позволяет производить до 75 т/ч пара в котлах водоемкостью 50 тыс. м3 при использовании в топке с факельным слоем.

Фрезерный торф подготавливается к дальнейшей сушке дымовыми газами в предварительной топке, расположенной внутри шиферной топки. В этой топке можно сжигать бурый и каменный уголь.

В топках с наклонной колосниковой решеткой и скоростными горелками топливо, подаваемое в нижнюю часть топки снизу, во время сгорания падает. Эти топки используются для сжигания древесных отходов под котлами, которые могут производить пар со скоростью от 2,5 до 20 т/ч. Кусковой торф также сжигается в шахтных топках.

Наиболее распространенными являются печи с огарками из-за особенностей топливного баланса в России, где используется в основном каменный уголь и немного бурого угля. специализированные камины для сжигания древесины и торфа. Они не так распространены, как дрова или уголь, и оказывают лишь незначительное влияние на топливный баланс России.

В факельном процессе можно сжигать топливо твердое, жидкое и газообразное. При этом:

– газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки;

– твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основным элементом которых являются углеразмольные мельницы; 

– жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие капли в специальных форсунках.

Жидкое и газообразное топливо сжигают под котлами любой паропроизводительности, а пылевидное топливо – под котельными агрегатами паропроизводительностью начиная от 35-50 т/ч и выше.

Сжигание каждого из трех видов топлива в процессе горения отличается специфическими особенностями, но общие принципы сжигания одинаковы для всех топлив.

Факельная топка (рис. ) 4) представляет собой прямоугольную камеру 1, выложенную огнеупорным кирпичом и с помощью горелок 2 вводимая через их же искры. Это смесь воспламеняется и сгорает в факеле.

На верхней части топки. При сжигании пылевидного топлива из газоходов котла вместе со всеми продуктами сгорания значительная часть зольной пульпы выносится в газоходы и выбрасывается наружу.

Рис. 4. Схемы камерных топок: a – однокамерная топка для пылевидного топлива с твердым шлакоудалением; б – однокамерная топка для пылевидного топлива с жидким шлакоудалением; в – топка для жидкого и газообразного топлива; г – топка с полуоткрытой топочной камерой для сжигания пылевидного топлива

Стены топочной камеры изнутри покрывают системой охлаждаемых водой труб – топочными водяными экранами. Эти экраны имеют назначение предохранить кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков, но главное – они представляют собой эффективную поверхность нагрева, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом Поэтому эти топочные экраны становятся очень эффективным средством охлаждения дымовых газов в топочной камере.

По способу удаления шлака факельные печи делятся на две группы: а) с удалением шлака в твердом виде и б).

Камера 1 топки с удалением шлака в твердом состоянии (рис. 4, а) ограничена снизу шлаковой воронкой 3, стенки которой защищены экранными трубами. Эта воронка получила название «холодной». Капли шлака, выпадающие из факела, попадая в эту воронку, вследствие относительно низкой температуры среды в ней затвердевают, гранулируясь в отдельные зерна.

Камера 1 печи с жидким шлакоудалением (рис. 4, б) ограничена сверху горизонтальным или слегка наклонным подом 3, вблизи которого теплоизоляция поддерживает температуру плавления золы на 2 градуса выше температуры замерзания воды;

Две камеры для больших котлов различают по их количеству: одна – однокамерная (рис. 4, б) и две – двухкамерные (рис. 4. г). В топочной камере, разделенной на две камеры:

1 – камера сгорания, где происходит процесс сжигания топлива;

2 – камеру охлаждения, в которой продукты сгорания охлаждают.

Теплоизоляция используется для покрытия экранов камеры сгорания для предотвращения возгорания.

максимально повысить температуру горения с целью более надежного получения жидкого шлака, а экраны камеры охлаждения – открытыми, чтобы они могли больше снизить температуру продуктов сгорания.

Факельные топки для жидкого и газообразного топлива (рис. 4, в) выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом.

В крупных котельных агрегатах возможно размещение полуоткрытых камер с зонированной топкой для сжигания и охлаждения. В полуоткрытых камерах сжигается пылевидный материал (рис. 4, г) и горючее топливо

В зависимости от типа горелок – прямоточных или вихревых – и их размещения в топочной камере факельные печи можно разделить на категории. (рис. 1), фронт. 4) Горелки располагаются в углах передней и задней стен топочной камеры и боковых стен. В больших котельных агрегатах это также возможно (рис. 4, г).

В вихревых (циклонных) топках можно сжигать твердое топливо с очень высоким содержанием летучих веществ, измельченное до размера зерен 4-6 мм.

Принцип работы циклонной топки заключается в том, что в почти горизонтальном (рис. 5, а) или в вертикальном цилиндрическом предтопке 1 небольшого диаметра создается газо-воздушный вихрь, в котором частицы горящего топлива многократно обращаются до тех пор, пока они не сгорают почти полностью во взвешенном состоянии.

Рис. 5. Схема циклонных печей: а – с горизонтальной циклонной предтопкой; б – с вертикальным циклоном.

В камеру дожигания 2 поступают предтопки от сжигания твердого топлива, а оттуда – далее. Шлак из предтопка удаляется через воздушные отверстия 5, а между циклонными камерами и камерами охлаждения установлена сеть труб 4 для увеличения количества собираемого шлака.

В процессе сжигания мазута и измельченного твердого топлива отсутствуют камеры дожигания, а продукты сгорания отводятся непосредственно из предтопка в камеру охлаждения. Циклонные топки используются в котельных установках с высокой паропроизводительностью.

Кроме перечисленных выше трех основных способов сжигания топлива, существуют еще некоторые промежуточные способы.

Выбираем отопительное оборудование

Для сжигания газа в частных домах существуют четыре различных типа теплогенераторов.

• Котлы для нагрева воды;
• Газовые конвекторы и камины;
• Инфракрасные обогреватели;
• Тепловые пушки.

Из названия понятно, что газовые приборы предназначены для работы с системами водяного отопления, такими как радиаторы или теплые полы. Воздух в помещении нагревается инфракрасными приборами, поскольку они нагревают предметы и открытые поверхности. Обогреватели, конвекторы и камины – это приборы, работающие только на воздухе.

Газовые обогреватели и инфракрасные обогреватели используются для обогрева жилых домов. Такое оборудование можно использовать для небольших коттеджей и хозяйственных построек, например: теплиц, сараев. Поэтому мы остановимся на стационарных источниках тепла – котлах и конвекторах.

Газовые котлы способны работать с любыми водяными системами – теплыми полами, радиаторами, внутрипольными конвекторами и плинтусными обогревателями. В коттеджах большой площади на 2—4 этажа нередко реализуется более современное решение – аппарат готовит теплоноситель для агрегатов воздушного отопления – водяных тепловентиляторов либо фанкойлов.

По принципу действия котлы делятся на 3 группы:

1. Открытокамерные атмосферные котлы работают благодаря естественной тяге, создаваемой в дымоходе на определенной высоте (4…6 метров и более). Воздух, необходимый для горения, поступает в печь из котельной; КПД составляет 86 … 90%.
2. Более экономичными являются турбины с закрытыми камерами. Здесь воздух нагнетается в закрытую топку вентилятором, соединенным с двустенным коаксиальным дымоходом. Естественная тяга не требуется, а КПД агрегатов составляет 93%.
3. Конденсационные теплогенераторы сконструированы так же, как и турбинные модели. Разница заключается в конструкции горелки и цилиндрического основного теплообменника. В низкотемпературном режиме котел использует скрытую теплоту сгорания газа, увеличивая КПД до 96%.

Классификация котлов на природном и сжиженном газе

Примечание. 99 процентов обогревателей могут сжигать LPG и сетевой газ без потери эффективности. В этой ситуации замена горелки и регулировка настроек автоматики позволит вам перейти на смесь сжиженного газа.

Все разновидности котлов предлагаются в напольном и настенном исполнении. Большинство стационарных моделей функционируют без подключения к электросети, в то время как настенные версии представляют собой мини-котельные, укомплектованные встроенным циркуляционным насосом и расширительным баком. Для обеспечения дома горячей водой выпускаются двухконтурные модификации с проточным теплообменником.

Комбинированные угольно-газовые нагреватели также доступны для использования с электрическим нагревательным оборудованием. Хотя они занимают меньше места, камера сгорания газа производит больше энергии. Другой вариант – включить нагревательный элемент, который не занимает много места и не влияет на эффективность котла.

Электро-газовый (слева) и угольно-газовый теплогенератор от бренда «Атем»

На самом деле, рассмотрение каждой разновидности теплогенераторов на природном газе является довольно обширной темой и требует отдельного описания. В этой статье мы дадим несколько рекомендаций по выбору котла для газового отопления дома.

1. Тепловую производительность агрегата принимайте с запасом минимум 20% от расчетной. Если планируется греть воду на нужды ГВС, увеличивайте мощность в 1.5—2 раза.
2. Выбирайте теплогенератор по финансовым возможностям. Если в доме построен дымоход, приобретайте недорогой атмосферный котел, при отсутствии такового – аппарат с наддувом. Монтаж дымовой трубы из сэндвича стоит дороже турбированной модели вместе с коаксиальным выходом отработанных газов.
3. На одну точку водоразбора вполне хватит двухконтурной версии отопителя. Чтобы одновременно пользоваться горячей водой в двух санузлах, лучше поставить одноконтурный агрегат плюс бойлер косвенного нагрева.
4. Под самотечную систему теплоснабжения берите энергонезависимый напольный котел, например, бюджетный вариант типа АГВ.
5. Для работы с напольным обогревом и системой закрытого типа отлично подойдет любой настенный теплогенератор. Выбор производителя и количества функций нагревателя зависит от вашего бюджета.
6. При устройстве индивидуального отопления жилища в многоквартирном доме выбирайте настенную турбированную версию газового котла с коаксиальной дымовой трубой.

Конденсационные теплогенераторы все еще считаются роскошью для типичного домовладельца из-за их высокой стоимости. Второй недостаток – сложная электроника управления, которая может выйти из строя из-за перепадов напряжения и очень дорого стоит в ремонте.

Поскольку они оба сжигают газ для нагрева воздуха в помещении, мы объединили эти два типа обогревателей. Конвектор работает аналогично парапетному котлу, так как располагается близко к наружной стене, а труба выводится наружу через каркас здания. Для камня требуется обычный дымоход.

Справка. Уют в комнате создает инфракрасное тепло, которое излучает газовый камин. Рабочее пространство для топлива находится внутри прозрачной дверцы камеры сгорания.

Какие особенности отличают газовое конвективное отопление?

• Обогреватели располагаются в каждом помещении кроме коридора;
• Температура воздуха регулируется непосредственно на комнатном отопителе;
• Снаружи к аппаратам подводятся трубы с горючим, подключенные к газовой сети либо емкости СУГ;
• Эффективность сжигания топлива лежит в диапазоне 85…90%;
• Внутри жилища нет трубных разводок и батарей.

Камин – изделие дорогостоящее, подобные аппараты не расставишь по всем комнатам. Декоративный газовый очаг размещается в гостиной, выступая источником тепла и домашнего уюта.

По нашим расчетам, использование конвекторов оправдано в коттеджах на 2-3 жилых комнаты. В более просторных коттеджах лучше ставить котлы. Причины:

1. Сколько жилых помещений, столько понадобится обогревателей. Под каждый необходимо пробить стену и установить коаксиальный выход газов.
2. Вместо привычных батарей подоконные ниши займут более громоздкие конвекционные нагреватели.
   Внутри дома трубопроводов нет, зато снаружи по стенам разведены газопроводы и торчат решетки дымоходов
3. Снаружи по стенам здания придется развести газопроводы. К данным работам предъявляются повышенные требования, их не выполнишь самостоятельно.
4. Чтобы трубопроводы не портили внешний вид здания, придется обшить стены сайдингом либо утеплить по технологии «вентилируемый фасад».
5. Внутреннюю разводку водяной сети можно сделать скрытой и смонтировать без привлечения наемных работников.

Очевидный недостаток воздухонагревателей – невозможность обогрева нижней зоны помещения. Альтернатива – электрические напольные газовые конвекторы отопления.

Способы газификации жилого дома

Природный газ для целей отопления может поставляться тремя различными способами:

• подключиться к ближайшей магистрали;
• установить на придомовой территории подземный (наземный) газгольдер, провести в здание трубу топливоподачи;
• использовать горючее в баллонах.

Синопсис. Метан, газгольдеры и баллоны со сжиженным газом поставляются по централизованным сетям газоснабжения.

Схема автономной газификации жилища от рампы с пропановыми баллонами

Каждый из вышеупомянутых методов имеет свои преимущества и недостатки. Установка газовой рампы внутри металлического шкафа снаружи дома – самый простой и недорогой вариант. Не требуется ни разрешений, ни специалистов по установке, все можно сделать своими руками. Вопрос в функциональности установки:

• Для нормального отопления дома в течение 2-3 дней вам потребуется не менее 4 баллонов плюс два запасных;
• Два раза в неделю вам нужно будет заправлять газом пустые баллоны – погрузка и транспортировка тяжелых контейнеров;
• При транспортировке вы рискуете быть арестованным и оштрафованным полицейским, причина – перевозка опасных контейнеров под давлением в обычном автомобиле;
• Зимой шкаф с баллонами должен отапливаться, иначе пропан перестанет испаряться, расходы на электричество добавятся к общей стоимости отопления.

Предварительный вывод. Отапливать дом с помощью баллонов с пропаном не совсем удобно. Этот вариант подходит для небольшого коттеджа, где автономное отопление включается регулярно и 5-6 дней подряд.

В странах постсоветского пространства процедура подключения отопительного оборудования к наружной газовой сети в целом аналогична. Если магистраль низкого давления проходит рядом с домом (не далее 200 м), соберите следующий пакет документов:

• Проектная документация – план участка (со всеми строениями), паспорт здания;
• Документ о собственности;
• План участка – часть плана участка с обозначением газопровода;
• Заявление установленной формы с указанием личных данных, адреса проживания и другой информации;
• Предварительный расчет потребления топлива, м³/ч.

Справка. Чтобы рассчитать часовое потребление газа, нужно знать тепловую мощность Q (кВт) и КПД котла либо конвектора. Воспользуйтесь формулой:

Иллюстрация расчета. Газовый котел с закрытой камерой предназначен для отопления двухэтажного дома площадью 200 квадратных метров. При наибольшей скорости горения V = 20 / (9,2 x 92) – 2 м3/ч.

Собранные документы предоставляете в абонентский отдел организации – поставщика газа. После одобрения вам выдают технические условия на подключение, являющиеся основой для проектирования наружной и внутренней топливной сети. Заказываете проект, согласовываете с поставщиком услуг и приступаете к монтажу.

Прокладка газопровода надземным (слева) и подземным способом (фото справа)

Важный момент. Если газовое оборудование для дома можно установить самостоятельно, то прокладка трубопроводов и подключение к магистрали производится только специализированной фирмой. По окончании составляются акты выполненных работ и готовности объекта к эксплуатации. Детальное описание процедуры приводится в статье о монтаже двухконтурного отопителя.

За исключением стран с высокими ценами на топливо, системы отопления коттеджей, использующие сетевой газ, очень практичны и экономичны в эксплуатации. Давайте поговорим о недостатках:

1. Чрезмерно высокая стоимость подключения к централизованной газораспределительной сети. В Московской области Российской Федерации цена услуги часто достигает 7 500 у.е. (500 тысяч рублей). Цена услуги часто достигает 7 500 у.е. (более 500 тысяч рублей), жители отдаленных районов могут уложиться в 1 000 у.е.
2. Бюрократическая волокита при оформлении разрешений и заключении договоров. Зависимость от внешнего источника газоснабжения. В последние годы пользователи в странах СНГ отмечают поставки низкокалорийного газа, предположительно разбавленного азотом.

Перед монтажом газопровода нужно купить прибор учета, запорную арматуру и трубы, указанные в проекте

Если вы хотите установить в газифицированном доме новое оборудование или заменить существующее, необходимо еще раз обратиться за разрешением в газовую станцию. В многоэтажном доме индивидуальное отопление практически невозможно.

Устройство газового независимого отопления подразумевает размещение на придомовом участке подземной либо надземной емкости и прокладку подающего трубопровода. Для ясности дадим более подробный перечень проектных и строительно-монтажных работ:

1. Обследование ландшафта и грунтов, разработка проекта автономного газоснабжения, учитывающего способ установки газгольдера – прямо на земле или в котловане. Подземный вариант практичнее – цистерна не занимает придомовую территорию, как показано на фото.
   Наземную емкость необходимо утеплять, дабы обеспечить испарение СУГ в зимний период
2. Выполнение земляных работ, заливка железобетонной плиты – якоря емкости.
3. Монтаж газовой бочки и предохранительно-запорной арматуры – кранов, манометров, регулятора давления (напор жидкого пропана внутри резервуара – 15…18 Бар), указателя уровня, сбросного клапана и устройства, перекрывающего подачу при скоростной утечке СУГ.
4. Организация антикоррозионной анодно-катодной защиты емкости.
5. Прокладка пластикового трубопровода по траншее в дом, установка цокольного ввода, снабженного компенсатором удлинения полиэтиленового газопровода.
6. Разводка внутренней сети, подключение газоиспользующего оборудования – котлов, колонок горячего водоснабжения.
7. Пусконаладочные мероприятия, сдача в эксплуатацию, заправка газгольдера.

Важное дополнение. Для установки резервуара для сжиженного газа необходимо получить разрешение районного архитектора и письменно согласовать расположение резервуара с соседями. В пакет документов входит паспорт здания, план участка и различные справки по требованию архитектурного отдела. Самовольное строительство запрещено – объект не будет принят в эксплуатацию, никто не будет заправлять газовый баллон.

При установке емкости необходимо соблюдать указанные расстояния до ближайших объектов

Вам потребуется нанять специализированную фирму, поскольку самостоятельно выполнить весь комплекс работ невозможно. Стоимость строительства “под ключ” начинается от $1500, то есть примерно столько же, сколько стоит подключение магистрального метанопровода. Какие ловушки подстерегают вас при выборе контейнера и оплате услуг монтажников?

1. Одного бака должно хватить на весь холодный период, иначе вам придется покупать дорогое топливо в середине отопительного сезона. Для отопления одноэтажного дома площадью 80…100 м² достаточно небольшого бака объемом 2,7…3 м³.
2. Не забудьте заполнить бензобак на 85%, чтобы паровая фаза успела отделиться.
3. Лучше взять горизонтальный резервуар – его не нужно глубоко закапывать, а зеркало испарения сжиженного газа в три раза больше, чем внутри вертикального резервуара. Последний вариант принят для работы в стесненных условиях.
4. Некоторые работы, например, устройство анодно-катодной защиты, не входят в стандартный пакет услуг и оплачиваются отдельно. При заключении договора с монтажной компанией проверьте перечень дополнительных работ.

Совет. Дешевые газгольдеры изготавливаются из металлических емкостей; избегайте их приобретения. Срок службы модернизированного резервуара составляет максимум 25 лет, по сравнению с 10 годами для новых резервуаров.

Не спешите заключать контракт на обслуживание резервуара, потому что ремонтировать и чистить нечего.

https://www.youtube.com/watch?v=Bovfa0ThfAM

Заключение. И природный газ, и сжиженный газ непрактичны для использования в нынешней технологии. Метан выигрывает в плане автономности и эксплуатационных расходов, а сжиженный газ – в плане автономности. Однако если предоставить потребителям выбор между газовым или электрическим отоплением, оно все равно обойдется дороже в среднем на киловатт.