Установка теплообменника
Используя инструкцию по монтажу, необходимо правильно закрепить теплообменник. Он прижимается к стене за счет специальной консоли или крепежной ленты. Также можно установить теплообменник за счет уголка, который крепится к низу теплообменника. Плюс он завяжется трубами.
Дополнительно нужно смонтировать фильтры. Должен быть хотя бы фильтр грубой очистки на контур теплоэлектростанции. Если подключается к старой отопительной системе, то необходимо два фильтра. Один внизу, другой вверху.
Нужны краны и американки. Последние представляют собой быстроразъемные резьбовые соединения. Как правило, обычная простая американка состоит из четырех частей: двух резьбовых фитингов, накидной гайки и прокладки.
Очень важный момент при монтаже — это диаметр подключения, потому что прибор довольно компактный. В нем небольшой объем теплоносителя. Зазор между пластинами минимальный. Желательно брать такого же диаметра, который нам нужен, или больше. Например, 1 дюйм подключения. Лучше брать с запасом уровень мощности теплообменника. На габариты это не влияет. Буквально больше на один или два сантиметра. Но зато скорость теплосъема значительно увеличивается
Особенно это важно в системах, где теплоэлектростанция дает небольшую температуру. Например, при максимальной подаче температуры воды равной 65-70 °C, надо учесть данный факт, чтобы снять с теплоносителя максимально возможное количество теплоэнергии
Особенности устройства теплообменника газового котла
Одно из важнейших мест в отопительной схеме занимает устройство теплообменника газового котла. Но далеко не все потребители знают, в чем состоит его функция.
Между тем, именно от этого компонента, а также от правильности его встраивания в отопительную цепь, во многом зависит эффективность работы всей системы.
Функциональное назначение в газовом котле
Основное назначение любого обменника тепла — это, во-первых, передача тепловой энергии от источника нагревания (чаще всего, от газовой горелки) к теплоносителю (как правило, воде в замкнутом или незамкнутом контуре) и, во-вторых, передача тепла от одного теплоносителя, разогретого до нужной температуры, к другому, холодному, теплоносителю.
По способу передачи тепловой энергии от источника тепла к технической жидкости различают 3 основных вида термообменников.
При участии первичного, состоящего из медных трубок и пластин, осуществляется передача тепла от сгорающего в горелке газа к жидкому теплоносителю. Используется в основном в контуре отопления помещений.
Вторичный обменник передает тепло от нагретого (в первичном термобменнике) носителя непосредственно к нагреваемой среде. Представляет собой пластинчатое устройство, предназначенное для подогрева воды из водопроводной системы дома.
Третий вид обменника тепла — совмещенный битермический, осуществляет двойной обмен теплоносителей. Чаще всего на практике применяются двухконтурные (с первичным и вторичным обменниками тепла) котлы, реже — одноконтурное (только с первичным термообменником) отопительное оборудование.
Принцип работы первичного и вторичного устройств в двухконтурном отопительном котле
В схеме двухконтурного котла первичный теплообменник «отвечает» за работу отопительного контура (рис.1).
Указанный обменник (5) получает тепло от горелки (1). Благодаря трехходовому перепускному клапану (3) нагретая вода, циркулирующая в системе за счет гидропомпы (2), не попадает во вторичный теплообменник, а направляется исключительно по отопительному контуру (А). Жидкость, остывшая в процессе отдачи тепла помещениям, возвращается в нагревательный котел по обратной линии (D).
Вторичный обменник тепловой энергии включается в циркуляцию нагретой воды в том случае, если нагретая жидкость или перенаправляется в систему горячего водоснабжения (ГВС) с одновременным отключением отопительного контура, или проходит одновременно по системам отопления и ГВС. В первом случае (рис.2) клапан (3), перекрыв отопительный контур (А), пускает течение воды от первичного теплообменника к вторичному устройству (4).
Внутри данного термообменника проходит трубопровод, по которому в нагреватель поступает холодная вода из общей водопроводной сети (С). Проходя через толщу жидкости, разогретой до заданной температуры, холодная вода, в свою очередь, нагревается и в таком виде попадает уже в систему горячего водоснабжения (В).
Некоторые моменты профилактики
Для качественной работы двухконтурного котла надо обеспечить следующее:
- На входе в котел трубопровода холодного водоснабжения следует устанавливать фильтр, препятствующий загрязнению теплообменника.
- Чтобы замедлить образование накипи в трубопроводе, надо отрегулировать нагрев воды в ГВС не выше 45-50°С.
- Выполнять капитальную очистку теплообменников раз в 3-7 лет. Если вода слишком жесткая, чистить устройство не реже одного раза в 3 года.
Если эти требования будут соблюдены, потребитель может рассчитывать на долгую и надежную работу оборудования.
Регенеративные теплообменники
Регенеративным называется теплообменник, в котором одна и та же поверхность поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителями. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью.
Режим теплообмена в регенеративных теплообменниках нестационарный. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции.
Примером регенеративного теплообменника являются роторные теплообменники, которые широко применяются в системах приточновытяжной вентиляции. Принцип их работы показан на рис. 33.
Рис. 33. Принцип работы регенеративных роторных теплообменников
Рис. 34. Регенеративные теплообменники
Примером регенеративного теплообменника может служить также регенеративный воздухоподогреватель (рис. 35), в котором в верхней камере непрерывно движущаяся насадка нагревается теплотой топочных газов, а в нижней она охлаждается воздухом, который нагревается до необходимой температуры.
Рис. 35. Регенеративный теплообменник для нагрева воздуха топочными газами: 1 – газовая камера; 2 – воздушная камера; а – подвод горячих газов из топки, б – отвод отработанных газов; в – подвод холодного воздуха; г – отвод горячего воздуха; е – подача сыпучей насадки; д – отвод сыпучей насадки и возврат остывшей насадки
Классификация
Классификация теплообменников предусматривает их деление на такие виды:
- пластинчатые;
- трубчатые.
Пластинчатые устройства включают набор пластин с волнистыми каналами со штамповкой и поверхностями, предназначенными для циркуляции жидкостей. Пластины соединены при помощи прорезиненных прокладок и стяжек. Преимущества подобных устройств – легкость в применении и компактность.
Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение. Сфера их использования не ограничивается только промышленным оборудованием, возможен также монтаж этих устройств в жилых домах для монтажа отопительных систем.
Пластинчатые теплообменники классифицируются на группы:
- неразборные (они же сварные и паяные);
- полусварные;
- разборные.
Разборные устройства наиболее популярны. В них пластины разделены при помощи резиновых уплотнителей. Установка не занимает много времени, а эксплуатация не вызывает трудностей.
Классический вариант пластинчатых теплообменников имеет входные и выходные патрубки на поверхности передней плиты. Некоторые устройства имеют патрубки и на передней, и на задней панелях. Рабочие среды подсоединяются к патрубкам посредством фланцевых, резьбовых, стальных соединений. Некоторые модели имеют меньшее количество патрубков, тогда теплоносители подсоединяются непосредственно к плите.
Трубчатые теплообменники включают трубы малого диаметра, вваренные в другие трубы. Достоинствами устройства считается применение в условиях повышения давления.
По критерию способа теплообмена техника подразделяется на смесительную и поверхностную. Устройства смесительного типа передают тепло при плотномконтактировании носителей. Поверхностные теплообменники содержат два контура, в которых происходит перемещение сред с отличными температурами. Обмен теплом между ними возможен через поверхностные элементы пластин, стенок, листов или труб, которые выполнены из теплопроводящих материалов (нержавеющей или высокоуглеродистой стали, сплавов цветных металлов). Этот тип оборудования применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленных предприятиях и в организации малого бизнеса.
Поверхностные теплообменники делятся виды: рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные теплообменники характеризуются константным обменом тепла посредством стенок контуров при однонаправленном движении носителей. В регенеративных устройствах происходит поочередный контакт носителей с теплообменивающей поверхностью.
Рекуперативные теплообменники тоже классифицируются:
- Погружные. Принцип работы предусматривает движение одного теплоносителя по змеевику, который погружен в бак, содержащий второй жидкий теплоноситель. Модель отличается удобством в применении, характеризуется оптимальной стоимостью.
- Оросительные. Сфера применения – как конденсаторы в системах охлаждения. Теплобменники выглядят как змеевики из горизонтальных труб, которые размещены в вертикальной плоскости. У каждого ряда труб есть желоб, по которому на них стекает вода пониженной температуры. Вода, которая не испарилась, возвращается в систему благодаря насосу.
- Витые. Представляют собой систему труб, намотанных на сердечник. Компактны и высокоэффективны.
- Спиральные. Для оборудования характерен вид двух спиральных каналов, которыми обвита центральная перегородка. Предназначены для охлаждения и нагрева вязких жидкостей.
- Кожухотрубные. Трубные решетки присоединены к кожуху посредством сварки. В них закрепляются трубы. Крепление их происходит плотно при помощи развальцовки. Решетки закрыты крышками на шпильках, болтах и прокладках. Кожух включает штуцера (патрубки). Принцип работы заключен в циркуляции носителя тепла в межтрубном пространстве и по трубам. Увеличение теплоотдачи происходит при помощи оребрения.
- Секционные – последовательность секций, которые представляют собой кожухотрубные устройства.
- Пластинчатые. Включают набор пластин с волнистыми поверхностями со штамповкой и каналами для движения жидкостей. Возможна работа только при пониженном давлении.
Кожухотрубный теплообменник
Принцип работы на примере пластинчатого теплообменника
отличается довольно сложным принципом действия
На сегодняшний день производители техники предлагают пользователю получить два различных вида комплектации.
- Одноходовой. Теплоноситель разделяется и создаёт параллельные потоки. Практически сразу же они стекают в выводной порт.
- Многоходовой. Этот вариант подразумевает использование сложной схемы. Теплообменник начинает своё движение по одинаковому количеству задействованных каналов. Такой принцип работы подразумевает наличие дополнительных элементов (пластин), которые заканчиваются заглушками в отводных портах. Эта особенность добавляет сложности в обслуживание подобных элементов.
Материал теплообменников
Выбирать вторичный теплообменник для газового котла следует внимательно, чтобы он смог проработать без сбоев продолжительное время.
Если кран ГВС закрыт, то теплоноситель поступает в первичный отопительный контур. Принцип работы вторичного теплообменника заключается в следующем: при открытии крана горячей воды трехходовый клапан перенаправляет поток теплоносителя с первичного во вторичный контур; холодная вода начинает поступать и смешиваться с нагретой жидкостью, а затем теплой выходит из крана.
Вторичный теплообменник изготавливают из:
Медный теплообменник обладает следующими преимуществами:
- длительный эксплуатационный срок;
- отличная теплопроводность;
- слабая подверженность коррозии.
Недостатком является его дорогая цена.
Стальные теплообменники более распространены, так как имеют следующие плюсы:
- достаточную теплопроводность;
- дешевую стоимость.
Минусом является подверженность стального изделия коррозийным процессам
Однако в данном случае следует обращать внимание на качество материала. Авторитетные производители газовых котлов изготавливают теплообменники из высококачественной конструкционной стали с антикоррозийным покрытием
Такие контуры могут прослужить достаточно долго без поломок.
Обратите внимание! Вторичный теплообменник более подвержен засорению соляными отложениями за счет низкой температуры нагрева 30-60°C. Чтобы избежать появление частых засоров и продлить эксплуатационный срок контура, нужно обязательно поставить фильтр на вход холодной воды
История появления и внедрения
Изобрели кожухотрубные (или кожухотрубчатые) теплообменники в начале прошлого века, дабы активно использовать при работе ТЭС, где большое количество нагретой воды перегонялось при повышенном давлении. В дальнейшем изобретение стали использовать при создании испарителей и нагревающих конструкций. С годами устройство кожухотрубного теплообменника совершенствовалось, конструкция стала менее громоздкой, ее теперь разрабатывают так, чтобы было доступно чистить отдельные элементы. Чаще стали применять подобные системы в нефтеперегонной промышленности и производстве бытовой химии, поскольку продукты этих отраслей несут в себе массу примесей. Их осадок как раз и требует периодической чистки внутренних стенок теплообменника.
Основная функция теплообменника для котла
В теплообменнике происходит нагревание воды, которая циркулирует в системе и передает тепло радиаторам
На горелку котла подают газ и воздух для сжигания. Газ горит, выделяя тепло, продукты сгорания выводятся вовне. Источник тепла в этом случае – элемент неподвижный.
Теплоноситель – вода или антифриз – поступает в теплообменник. Это устройство, которое обеспечивает теплообмен между двумя средами с разной температурой. Последний размещается в камере сгорания над горелкой. Вода, двигаясь по теплообменнику, нагревается и подается в трубы отопления. Чаще всего устройство имеет вид набора пластин или трубок. Чем больше его рабочая поверхность, тем лучше и быстрее нагревается вода.
Типы пластинчатых теплообменников
Устройства для переноса тепла между нагретой и холодной средой подразделяются на следующие типы в зависимости от схемы передвижения теплоносителей:
1. Одноходовые пластинчатые аппараты, в которых среда перемещается постоянно по одной и той же траектории. При этом теплоноситель проходит по всей длине устройства. Еще в таких аппаратах среды всегда движутся в противоположных направлениях. Это является их основной отличительной чертой.
2. Многоходовые пластинчатые аппараты, рекомендованные для использования на тех объектах, где требуется достичь незначительной разницы температуры между греющей и нагреваемой жидкостью. У этих устройств патрубки находятся не только спереди на неподвижной части, но и с торца на нажимной плите. В устройствах данного типа потоки сред способны менять направления движения. Это может происходить в нескольких или исключительно в одном ходу. Многоходовые устройства передачи тепла оснащаются по одному входному и выходному отверстию.
3. Многоконтурные пластинчатые аппараты, имеющие в своей конструкции независимые контуры в количестве 2 штук. Они располагаются на одной стороне. Применяются такие устройства в тех случаях, когда нужно создать двухэтапные условия охлаждения или прогрева теплоносителя. Еще данные теплообменники позволяют эффективно выполнять регулирование тепловой мощности.
Однако на этом классификация пластинчатых теплообменников не заканчивается. Они еще подразделяются в зависимости от легкости доступа к устройствам, так как их поверхности необходимо не только постоянно чистить механическим способом, но и просто осматривать.
Производители создают три разновидности теплообменников пластинчатого типа:
1. Разборные устройства, имеющие минимально возможные размеры. Данные аппараты очень просто обслуживаются. Их гофрированные пластины и все каналы при необходимости имеется возможность без затруднения очистить. При этом конструкция таких теплообменников позволяет изменять число, и даже тип гофрированных пластин. В результате появляется возможность уменьшить или увеличить мощность отдельно взятого аппарата. Если же возникает утечка теплоносителя, то в этом случае исправить поломку тоже не составляет никакого труда, так как можно выполнить быструю замену уплотнительного элемента или пластины.
2. Полусварные устройства, к которым еще относятся полуразборные аппараты. Такие теплообменники состоят из нескольких модулей, изготовленных при помощи сварки. В состав каждого из них входит две гофрированные пластины. Для их сварки между собой используются лазерные аппараты. Из данных модулей собирается единый пакет. Для этого применяются торцевые пластины и болты, с помощью которых они стягиваются. Эти теплообменники используются в тех случаях, когда какой-нибудь теплоноситель имеет повышенное давление или температуру. Еще аппараты данного вида применяются для нагрева или охлаждения опасных сред.
3. Неразборные устройства, которыми являются теплообменники, изготовленные при помощи пайки. Они состоят из определенного количества гофрированных плит из нержавейки. Данные элементы соединяются между собой методом пайки. Этот процесс осуществляется в вакууме. При этом еще используется припой из никеля или меди. Такие теплообменники отличаются повышенной надежностью, небольшими габаритами и легкой установкой. Неразборные устройства способны самостоятельно очищать свои каналы, так как в них присутствует высокая турбулизация потока среды. Кроме того, они дают хороший экономический эффект. Используются данные аппараты в теплоснабжении, где с их помощью осуществляется нагрев воды.
Все вышеперечисленные теплообменники пластинчатого типа создаются из тонколистового металла. Минимальное количество пластин в одном аппарате обычно составляет 7 штук. Их максимальное число может быть любым, так как практически ничем не ограничивается. При этом самая большая температура нагревающей среды не превышает 150 градусов. В то же время максимальное давление составляет 9,8 бар. На количество теплоносителя, который проходит через теплообменник, влияют его габариты.
Виды и свойства теплоносителей
В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.
Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:
1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.
2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.
3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.
Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.
Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.
Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи
Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.
Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.
К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:
1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.
2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.
3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.
К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.
Методы промывки
Есть простые вариации, практические не предусматривающие расходов, есть бюджетные с минимальными вложениями, и профессиональные – стоят намного дороже, но отличаются высокой эффективностью.
Как промыть вторичный теплообменник газового котла тем или иным способом? И когда логично применять их. Всё зависит от объёма отложений.
В самой простой ситуации достаточно механического очищения. Снаружи очищаются рёбра ВТ. В работе применяется любая твёрдая щётка, лопатка, скребок или тросик
Здесь очень важно не повредить пластины
Второй метод –промывка в специальном составе. На практике он сочетается с первым способом и следует сразу после него.
Деталь помещается в ёмкость с кислотной смесью. Вид используемой кислоты: соляная или лимонная. Подходящие пропорции: 100 грамм на 10 литров. Воды.
Кислоты можно заменять любыми препаратами от накипи. Через 30-40 минут ВТ достаётся из ёмкости. С него аккуратно стирается оставшаяся накипь.
Попутно очищается и змеевик. Здесь применяется особый ёршик из стали.
Третий метод – химический. Через ВТ прокачиваются более агрессивные вещества с применением специального насоса. Он присоединяется к патрубкам детали.
Подходящие средства для работы отражены в данной таблице:
| Средства | Описание | Пропорция к воде: граммы: литр | Температура воды | Цена средства (руб.) |
| Лимонная кислота | Популярное народное средство | 100 : 10-12 | 50-70°C | 50 – 1 пакетик. |
| Термагент Актив | Универсальная жидкость с мощным эффектом | 1 : 9 | 40-50°C | 1500 – канистра на 10 кг. |
| STEELTEX Cooper | Один из самых эффективных препаратов, но годится для работы с деталями из лёгких сплавов | 1:6 до 1:10 | 40-60°C | 1300 – ёмкость на 5 кг |
| Detex | Концентрат с эффективными биологическими веществами. Превосходно очищает стальные, чугунные и медные детали | 200-500 :10 | 40-50°C | 4900 – канистра 10 л. |
| Соляная кислота | Эффективно убирает сильную накипь | 100 : 10 | 50-70°C | 50 – 1 кг |
В ёмкость со смесью почти до самого дна кладётся шланг, одной стороной присоединённый к ВТ, а второй – к насосу. Так получается необходимая циркуляция. Процедура длится 30-40 минут. Затем деталь тщательно промывается обычной водой.
Четвёртый метод не предусматривает извлечение компонента. Это гидродинамическая промывка вторичного теплообменника газового котла. Но её осуществляют только профессионалы. Здесь требуется специальная технология и соблюдение критериев безопасности.
Это самый эффективный метод, мягко убирающий все отложения и вычищающий деталь до торгового вида.
- регионом,
- мощности и модификацией котла,
- наценкой компании,
- применяемой техники и химикатов.
В Москве и центральном регионе клиенты за услуги платят порядка 3 500-9 000. В Питере – 3000 – 7000 руб. В других регионах: 1700 – 4500 руб.
Расчет теплообменных аппаратов
При расчете поверхностных теплообменных аппаратов основным уравнением для расчета является уравнение
(41)
где Q – количество теплоты, переданной через стенку от греющей среды к нагреваемой за единицу времени, Вт; k – коэффициент теплопередачи, равный обратной величине термического сопротивления и определяемый по формуле (42):
(42)
где F – поверхность теплообменника, м2; t – температурный напор, град.
Ранее предполагалось, что температура греющей и нагреваемой сред не изменяется вдоль поверхности нагрева. Однако, хотя такой случай и встречается на практике (в испарителях), но чаще всего температура теплоносителей по поверхности нагрева изменяется. На рис. 39,а показана схема теплообменника, где теплоносители движутся противоточно навстречу друг другу. На рис. 39,б изображен теплообменник, в котором теплоносители движутся по схеме прямотока (параллельного тока); в этом случае величина t изменяется по поверхности нагрева сильнее, чем в предыдущем случае. Бывают и теплообменники с перекрестным током и с движением теплоносителей по сложным схемам (рис. 39,в).
Рис. 39. Схема теплообменников: а – противоток; б – прямоток; в – перекрестный ток
Рис. 40. Изменение температуры жидкости в теплообменном аппарате: а – прямоток; б – противоток
