Принцип работы теплообменника в котельной

Теплообменный аппарат или теплообменник – это техническое устройство, в котором физический принцип передачи тепла от теплой среды к холодной без применения внешней энергии, превращен в технологический процесс. Он не является самостоятельным прибором и применяется в комплексе с другим тепловым оборудованием, поэтому должен соответствовать ему по параметрам.

Принцип работы теплообменника в котельной

Современные модели теплообменников характеризуются высоким уровнем безопасности, производительностью, минимальными потерями тепловой энергии в рабочем процессе, сниженными затратами теплоносителя и его циркуляции. Эти аппараты изготавливаются из новейших материалов, которые стойки к разрушительному коррозийному воздействию, что значительно увеличивает их ресурс. Чтобы понять работу этих устройств, рассмотрим теплообменный процесс.

Принцип работы теплообменника в котельной

Понятие теплообмена

Теплообмен представляет собой необратимый физический процесс, когда тепло передается от горячих тел или сред к холодным. На этом физическом законе базируется функционал теплообменного аппарата. Процесс происходит естественно, без совершения какой-либо работы над телом или средой. Он заканчивается, когда разницы температуры выравниваются. Теплообмен осуществляется 3-мя способами:

  • За счет теплопроводности. В этом случае теплота переходит от одного тела к другому при контакте. Материалы, в частности нержавеющие стали, характеризуются разной способностью проводить тепло. Большими показателями характеризуется металлы, кроме свинца и ртути. Тепловой обмен осуществляется во взаимодействии молекул одного вещества с другим. Интенсивность теплообмена измеряется коэффициентом теплопроводности k, который лежит в диапазоне от k = 600…2000 (Вт/м 2 K) для вязких сред (например, сахарный сироп) до k = 2000…7000 (Вт/м 2 K) для воды.
  • Излучением. Это электромагнитные волны, которые испускает вещество при нагревании до конкретных температурных значений. Эту энергию испускают любые тела, в том числе и биологические организмы. Чем выше температурные показатели у вещества, тем большие параметры у излучения. Эта энергия частично улавливается другими телами и частично отбрасывается. Темные предметы интенсивней поглощают тепловое излучение, светлые – больше отражают. Теплообмен излучением играет малозаметную роль и в программах по расчету теплообменников, как правило, не учитывается.
  • Конвекция – это тип теплообмена, при котором выполняются обменные процессы тепловой энергии в потоках газообразных веществ и жидкостей. В твердых веществах конвекция не происходит. Конвекция бывает двух видов: естественная и вынужденная. Первая возникает при неоднородном разогреве. Вынужденный процесс происходит, когда газ или жидкость принудительно перемешиваются. На вынужденном принципе базируется работа теплообменных аппаратов.

Принцип работы теплообменника в котельной

Определение и классификация

Теплообменные аппараты – это технологические устройства, которые выполняют передачу тепла межу двумя средами. Установки различаются по принципу действия на два типа:

  • Рекуператоры. В этих устройствах теплоносители отделены друг от друга стенкой. К ним относится большинство современных, в том числе теплообменники для горячего водоснабжения.
  • Регенераторы. В этих аппаратах среды, между которыми происходит теплообмен, поочередно касаются одной и той же поверхности. По регенеративному принципу тепло накапливается в твердом веществе во время контакта с горячим носителем и отдается холодному.

Теплообменник работает и на нагрев, и на охлаждение. Этот фактор расширяет сферы применения установок. Теплообменные устройства применяются:

  • в коммунальном хозяйстве;
  • на нефтеперерабатывающих, нефтяных, химических предприятиях;
  • в энергетической отрасли;
  • на пищевых и фармацевтических комбинатах;
  • в газовой промышленности.

Конкретная модель выбирается в зависимости от условий предстоящей эксплуатации. Разработаны такие аппараты, которые помимо теплообмена выполняют смежные функции. Теплообменные установки, действующие на рекуперативном принципе, подразделяются на виды по направлению движения среды:

  1. прямоточные;
  2. параллельное движение по одну маршруту;
  3. противоточные (наиболее часто встречаются в пластинчатых теплообменниках);
  4. противоточные, при встречном параллельном движении.

Принцип работы теплообменника в котельной

Устройство, принцип работы простейшего теплообменника

Теплообменные аппараты различаются устройством, но работают на одном принципе. Чтобы понять его, рассмотрим конструкцию простейшей установки. Элементарный прибор – это емкость с кожухом, охлаждающим и нагревающим. Рубашка окружает емкость и создает кольцевое пространство, в которое подается жидкость или пар (теплоноситель). Если в кольцевое пространство залить холодную воду, то среда в основной емкости охлаждается. Если рубашка будет наполнена теплоносителем, вещество в основном резервуаре будет нагреваться.

Принцип работы теплообменника в котельной

Схемы подключения

Теплообменный технический аппарат подключается к системе тремя способами:

  1. Независимая конфигурация.
  2. Параллельная конфигурация (или 1-ступенчатая) предполагает монтаж оборудования соответственно названию между двумя коммуникациями. Регулировка выполняется 1-им клапаном.
    Смысл процесса – это постоянное фиксирование заданной температуры. Это простая структура, обеспечивающая хороший теплообмен, но потребляет большие объемы теплоносителя.
  3. Двухступенчатая конфигурация рационально использует тепловую энергию обратного потока. Подготовка жидкости выполняется в группе из 2-х агрегатов.
    Такой теплообменник называется моноблок, то есть 2 пластинчатых теплообменника, изготовленные на одной раме. Первая ступень теплообмена нагревает воду обратным потоком воды из системы отопления примерно до +40 градусов. Вторая ступень теплообмена продолжает процедуру и доводит показатели температуры воды до +60 градусов, что соответствует общепринятому нормативу по температуре ГВС. В этом случае между теплообменными аппаратами может быть установлено любой тип соединения. Этот способ характеризуется низким расходом теплоносителя – до 40% за счет использования оставшегося неиспользованным тепла обратного потока системы отопления, и, соответственно, высоким КПД.
Читайте так же:  Печь для бани из трубы 530 вертикальная

Принцип работы теплообменника в котельной Принцип работы теплообменника в котельной

Грамотный выбор схемы подключения гарантирует экономичность эксплуатации. Для этого нужно правильно увязать гидравлические режимы горячего водоснабжения и отопления.

Технические характеристики и преимущества теплообменников

Любой теплообменный охладительный или нагревательный аппарат устроен по принципу обмена теплом между средами, но конструкции – различны. Устройства создаются в широком ассортименте. Чтобы правильно сделать выбор, нужно знать:

  • виды устройств;
  • их конструкции;
  • технические и эксплуатационные параметры;
  • назначение.

В различных сферах жизнедеятельности человека наиболее востребованы аппараты рекуперативного типа, они классифицируются по следующим видам:

  • миниканальные;
  • смесительные;
  • погружные;
  • паяные;
  • поверхностные;
  • оросительные;
  • пластинчатые;
  • ребристые;
  • кожухотрубные и прочие.

Пластинчатые аппараты высоко популярны, в сравнении с другими конструкциями. Они производительны, безопасны, надежны и относительно дешевы в изготовлении и эксплуатации. Это проточные установки. Они представляют собой пластины, собранные в пакет пластин, между которыми формируются нагревающий и нагреваемый каналы. Пакет пластин устанавливается в раму с рабочим давлением 10, 16 или 25 бар.

Потоки разделены стенками, поэтому перемешивание сред исключается. От качества прокладочного материала, числа пластин в пакете, размеров и формы зависят условия, в которых будет эксплуатироваться устройство. Базовые эксплуатационные параметры теплообменников:

  • габариты установки;
  • диапазон температур;
  • вид исполнения;
  • материалы, из которых выполняются базовые элементы;
  • номинальное давление;
  • расходы теплоносителя.

Правильный выбор – это первый критерий надежной работы систем. Как и всякая техника, нуждаются в техническом обслуживании, замене расходных материалов, текущем ремонте. Особенностью ухода за теплообменным оборудованием является промывка внутренних стенок пластин. Поскольку внутри конструкции циркулируют горячие среды, при температуре выше +40 градусов образуются посторонние вещества: накипь, ржавчина, а также возможно образование химических соединений. Они осаждаются на стенках и мешают передаче тепла, то есть снижают коэффициенты теплопередачи.

Для сохранения работоспособности оборудования на протяжении всего срока эксплуатации, необходима регулярная промывка системы отопления, охлаждения и подачи горячей воды. Разработаны и используются несколько технологий очистки, но лучшие результаты показывает химический метод (безразборным или разборным способами). Промывку выполняют либо согласно графику регламента, либо при появлении признаков засора.

Выводы

Теплообменный аппарат – это надежная, производительная и безопасная установка. Еще недавно считали импортное оборудование более безопасным и долговечным, но теперь пластинчатые теплообменники российского производства ничем не уступают аналогам зарубежного производства, но реализуются по разумным ценам.

Наша компания реализует теплообменные установки любого типа и производства. Поставки выполняются в любой регион России. Продукция сертифицирована, соответствует техническим нормативам РФ и сопровождается гарантиями. Наши менеджеры с помощью инженерных расчетов помогут вам грамотно подобрать модель для конкретных условий эксплуатации.

Принцип работы теплообменника в котельной

В наше время во многих жилищах имеется такой отопительный агрегат, как газовый котел. Подобное оборудование прекрасно справляется со своей основной задачей благодаря продуманному устройству. Одной из наиболее важных деталей котлов является тепловой обменник. Сегодня мы ознакомимся с особенностями данной детали.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Назначение

Данная составляющая оборудования, действующего от газа, предназначена для выполнения отопительной функции. Именно конструкция указанной детали определяет функциональные характеристики самого котла.

Тепловой обменник призван передавать тепло между тепловыми носителями. Так, от горячего источника тепло передается холодному, после чего переходит непосредственно к жидкости, которую нужно подогреть в системе.

Через данную деталь проходит теплоэнергия, выделяемая при сгорании газа. Далее она передается непосредственно тепловому носителю.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Не стоит думать, что теплообменник – это простая деталь, представленная одной незамысловатой конструкцией. На самом деле существует несколько разновидностей данных элементов. Их тип влияет на итоговую стоимость оборудования, а также его технические характеристики.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Классификация и принцип работы

Как упоминалось ранее, сегодня существует несколько разновидностей тепловых обменников. Они различаются по своей конструкции и устройству. Рассмотрим их свойства и особенности подробно.

Первичные

Первичная разновидность обменника выполнена в форме крупной и изогнутой трубки, похожей на змеевик. Как правило, данную деталь изготавливают из металла, который не подвержен губительному влиянию коррозии. Кроме того, в плоскости такого элемента присутствуют специальные пластинки, имеющие различные размеры.

Обычно поверхности первичных тепловых обменников обрабатываются специальными красками, которые защищают основания от негативного внешнего воздействия и появления ржавчины.

Что касается принципа работы такого обменника, то он заключается в отправке энергии от газа к тепловому носителю. Уровень мощности обменника находится в зависимости от длины трубы и числа ребер.

Зачастую первичный теплообменник выходит из строя из-за грязи и копоти или активного внутреннего скопления солевых отложений. Если такие загрязнения оказывают влияние на деталь, то с течением времени она может начать работать со сбоями в процессе циркуляции. Кроме того, уровень теплопроводности стен агрегата от этого так же может ощутимо снизиться.

Принцип работы теплообменника в котельной

Специалисты настоятельно рекомендуют уделять должное внимание техническому обслуживанию подобных элементов. Обязательно требуется вовремя проводить работы по очистке и промывке первичных обменников. В противном случае они прослужат недолго, а КПД котла от этого существенно снизится.

Отопительное оборудование с такой деталью, как правило, стоит дешевле и имеет несложную конструкцию. Поломкам такие модели не подвержены, особенно если их вовремя обслуживать. Однако нужно учесть, что первичный тепловой обменник является менее функциональным, так как выполняет только одну задачу. Кроме того, очень важно учитывать тот факт, что такие изделия рекомендуется дополнять специальными фильтрами. Эти составляющие будут надежно защищать обменник от негативных внешних воздействий и разного рода отложений.

Читайте так же:  Кран на отопление с термоголовкой

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Вторичный

Вторичный, или теплообменник горячего водоснабжения, отличается от первичного экземпляра тем, что в его конструкции имеются специальные пластинки, которые соединяются между собой. Наиболее распространенными являются вторичные теплообменники, произведенные из стали.

В подобных моделях тепло передается от жидкости к жидкости. Они являются более надежными и долговечными. Что касается скорости теплового обмена, то она в таких моделях является более высокой. Благодаря данной особенности различные загрязнения/соли не откладываются на поверхности комплектующих деталей. Из-за этого обменники служат гораздо дольше, а также их не приходится постоянно подвергать очистке. Чем больше пластинок в таких изделиях, тем более высокими являются их параметры мощности, а также эффективность выполняемой задачи.

Принцип работы теплообменника в котельной

Подобные детали отличает то, что они имеют довольно крупный участок для теплового обмена. Кроме того, на таких теплообменниках почти не накапливаются следы коррозии.

Такие разновидности теплообменников хороши своей многофункциональностью – они отвечают не только за отопление жилища, но и за обеспечение горячим водоснабжением (ГВС). Обычно котлы с этими элементами стоят дороже, однако их покупают больше за счет практичности и необходимого функционала.

Принцип работы теплообменника в котельной

Совмещенный (битермический)

Такой тепловой обменник отличается от остальных вариантов тем, что имеет двойной обмен тепла – от теплоносителя к воде и от газа к тепловому носителю. Вода в отопительной трубе подогревается с внешней стороны, а в это время внутреннее отделение подготавливает горячую воду.

Эти детали являют собой трубу с припаянными к ней пластинками-ребрами из меди. При этом сама труба является двойной (с двумя раздельными отсеками). Ее внутренняя часть отвечает за горячую воду, а внешняя предназначена для самого теплового носителя.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Совмещенная разновидность теплового обменника имеет одно важное преимущество – для нее характерна очень простая конструкция, не подверженная поломкам. В данном случае вторичный теплообменник не нужен, как и трехкодовый клапан. Благодаря этим характерным особенностям котлы с подобными элементами обходятся недорого, а их размеры являются компактными.

Разумеется, такие варианты обменников имеют и свои минусы. Например, они не могут похвастаться большой мощностью в режиме горячего водоснабжения. Кроме того, подобные разновидности подвержены солевым отложениям. Соли, которые содержатся в воде, в короткие сроки оседают на таких деталях, что негативно сказывается на работе котла в целом.

Также нужно учитывать, что ремонт битермических обменников – дело не из простых. По словам специалистов, в 90% случаев починка этих моделей не представляется возможной. Кроме того, далеко не каждый мастер соглашается работать с подобной деталью, а те, кто все-таки берется за такую работу, не всегда имеют достаточную квалификацию. Кроме того, совмещенные элементы подвержены появлению протечек из-за большого числа внутренних стыков и соединений.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Материалы

Современные тепловые обменники изготавливают из различных материалов. Именно от этого параметра зависят многие качества данных деталей, а также их плюсы и минусы. Рассмотрим подробнее, из чего обычно производят теплообменники для газовых котлов.

Стальной

Чаще всего в газовом отопительном оборудовании встречаются тепловые обменники из стали. Их распространенность объясняется демократичной стоимостью стали и простотой ее обработки. Стальные детали имеют свои отличительные характеристики, например, такой теплообменник получается довольно пластичным. Кроме того, подобные варианты отличаются долгим сроком службы, что привлекает многих потребителей.

Нужно отметить, что пластичность стальных экземпляров играет одну из важнейших ролей, если речь идет о контакте обменника с высокими температурами. Благодаря такой характеристике на составляющих элементах котла не образуются трещины, когда во внутренней части металла рядом с горелкой формируется серьезное тепловое напряжение.

Принцип работы теплообменника в котельной

Принцип работы теплообменника в котельной

Однако у стальных вариантов есть один серьезный минус – они подвержены образованию коррозии. Разумеется, появление ржавчины сокращает срок службы обменника. Кроме того, нужно учитывать, что дефекты такого рода могут появиться и на внутренней, и на внешней половине устройства.

Еще одним минусом стальных обменников является их большой размер и вес. Кроме того, с подобными деталями будет возрастать потребление газа. Это происходит, потому что большинство современных производителей стремятся добиться высокого уровня инертности и расширяют объем внутренних полостей теплового обменника.

Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых будут описаны в статье, представляют собой специальные приборы для передачи тепловой энергии от нагреваемого теплоносителя к холодному. Последним может выступать газообразная или жидкая субстанция.

Область использования

Принцип работы теплообменника в котельной

Процесс теплообмена важен во многих отраслях промышленности, а именно в химической, пищевой, металлургической и энергетической областях. Теплообменное оборудование способствует передаче энергии между носителями посредством разделительной стенки между ними. Процесс можно назвать очень сложным, он разделяется по общепринятым канонам на теплопроводность, тепловое излучение и конвекцию. На практике данные процессы одновременно протекают в заданных пропорциях. Для теплообмена наибольшую важность играет конвективный процесс, который представляет собой совместное действие теплопроводности и конвекции.

Читайте так же:  Как утеплить металлический вагончик

Виды теплообменников

Принцип работы теплообменника в котельной

Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых должны быть известны потребителю перед приобретением прибора, могут относиться к разным типам в зависимости от конструкции. Если классифицировать агрегаты по способу передачи тепла, то их можно разделить на смесительные и поверхностные, а также рекуперативные и регенеративные. Первая разновидность предусматривает передачу тепла посредством смешивания между собой двух рабочих сред. Такие устройства имеют более простую конструкцию, если проводить сравнение с поверхностными теплообменниками. В них тепловая энергия используется более полно. Однако можно выделить и недостаток, который выражается в возможности использования прибора только при смешивании теплоносителей.

Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых описываются в статье, могут быть поверхностными, в них рабочий теплоноситель обменивается энергией сквозь стенки разделителя. Такие агрегаты могут быть регенеративными и рекуперативными.

Разновидности поверхностных теплообменников

Принцип работы теплообменника в котельной

Рассматривая характеристики теплообменников рекуперативного типа, вы сможете заметить, что их работа основана на передаче тепла посредством разделительной стенки. При этом вода устремляется в одном направлении в каждой из точек стенки. Вторая разновидность поверхностного теплообменника – регенеративный агрегат, он имеет отличительную особенность, которая выражена в том, что вода, касаясь определенной поверхности нагрева, время от времени изменяет направление потока.

Устройство и принцип работы кожухотрубных теплообменников

Принцип работы теплообменника в котельной

Самыми популярными в промышленности сегодня являются рекуперативные теплообменные устройства. Если разделить их по конструктивным особенностям, то можно выделить кожухотрубные агрегаты. Эти приборы представлены пучками труб, которые приварены к кожуху. Трубы, в свою очередь, зафиксированы к трубным решеткам, закрываются крышками на болтах или прокладках. Первый теплоноситель, преодолевая штуцер, расположенный на корпусе, течет по трубному пространству. Другой теплоноситель курсирует по трубам.

Такой кожухотрубчатый теплообменник имеет множество ходов, на крышке и корпусе его располагаются перегородки. Для повышения теплоотдачи трубы изготавливаются с оребрением методом навивки ленты или накатки. Кожухотрубчатый теплообменник может обладать довольно простой конструкцией, при этом устройство называется элементным и не имеет перегородок. Такие агрегаты могут допускать высокое давление, но конструкция их будет более тяжелой и громоздкой.

Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника для котельного оборудования

Принцип работы теплообменника в котельной

Пластинчатые теплообменники, виды, устройство и принцип работы которых описаны в данной статье, относятся к классу рекуперативных устройств. Эти аппараты имеют теплообменную поверхность, которая образована целым набором штампованных тонких стальных пластин с гофрированным основанием. Эти теплообменники для котлов имеют в составе элементы, собираемые в единый пакет, который формирует между собой каналы, по последним проходит теплоноситель, обменивающийся тепловой энергией.

Принцип работы таких устройств нельзя назвать самым простым, в нем пластины устанавливаются по отношению друг к другу с поворотом на 180 градусов. Это позволяет скомпоновать 4 элемента, из которых два будут относиться к коллекторному контуру отвода, тогда как другие – к подаче теплоносителя.

Два крайних элемента в процессе обмена тепловой энергией участвовать не будут. Подобные теплообменники для котлов могут обладать разным принципом действия в зависимости от компоновки, которая бывает многоходовой или одноходовой. В последнем случае теплоноситель разделяется на параллельно идущие потоки, он проходит по всем каналам и устремляется для вывода в порт. Многоходовая компоновка предполагает использование более сложной схемы, так как теплообменник в этом случае передвигается по одинаковому числу каналов. Это достигается несколько иным способом, который выражен в наличии дополнительных пластин. В них входят глухие порты. Помимо прочего, обслуживать данную разновидность пластинчатого теплообменника несколько сложнее.

Характеристики масляных теплообменников

Принцип работы теплообменника в котельной

Масляный теплообменник используется для того, чтобы исключить повышение температуры теплоносителя до критического предела в мощных двигателях. Если допустить перегрев моторного масла, то это может стать причиной серьезных проблем, которые могут быть выражены в изменении вязкости топлива, а также повышении интенсивности его выгорания. Если вещество оказывается перегретым, то смазка трущихся запчастей обеспечивается недостаточно качественно, это может усложнить охлаждение двигателя.

Плюсы масляных теплообменников

Использование подобного устройства позволяет получить множество преимуществ. Во-первых, это исключение вероятности того, что температура масла окажется ниже температуры охлаждающей жидкости. Это указывает на то, что в деталях двигателя, которые соприкасаются с маслом, будет возникать меньше напряжения. Во-вторых, установку теплообменника можно осуществить в любом удобном месте на двигателе, при этом вы с легкостью сможете отказаться от множества соединений и длинных трубопроводов.

Теплообменники для бани: характеристики

Теплообменник для бани может классифицироваться в зависимости от местонахождения по отношению к отопительному прибору. Таким образом, располагаться прибор может непосредственно в теле печи, возле трубы дымохода или около корпуса отопительного прибора. Подобные агрегаты призваны выполнять одни и те же функции. Методом контакта с раскаленной поверхностью дымохода или топки они греют жидкость в емкости внушительного размера, используя при этом принцип конвекции. Их применение позволяет хозяевам расположить водяной бак не в самой парной, а в соседнем помещении. Изготовить такое устройство можно и самостоятельно, применив стальные листы, а также трубы. Только провести работы не удастся, если вы не имеете сварочного аппарата, а также не владеете навыками работы с ним.

Оцените статью
Adblock detector