Сборник статей - Бытовые отопительные котлы

С. Е. Беликов

Бытовые отопительные котлы

Предисловие

Прошло более пяти лет с момента выхода в свет первого издания каталога «Бытовые отопительные котлы». И если в далеком 2006 г. Россия стояла на пороге «бытового бума», то сегодня можно смело говорить о всевластии малых бытовых котлов. Производители настенных котлов достигли стотысячных продаж в год – представить такое раньше можно было лишь в смелых мечтах.

Уверенно занимают свое место на рынке вакуумные и конденсационные котлы; многие фирмы-производители сильно обновили линейку продаваемого в России оборудования; появились новые имена из Китая, Кореи и Восточной Европы.

Мы внесли изменения в первую часть нашего издания, содержащую краткие сведения о принципе работы жаро– и водотрубных котлов, характеристиках используемого органического топлива, экономичности водогрейных котлов и их экологических характеристиках, а также рекомендации по оценке мощности выбросов в атмосферу токсичных загрязнений.

Во вторую – основную – часть мы добавили новинки и внесли изменения в программу котлов отечественных и зарубежных производителей на всех видах органического топлива.

Каталог составлен в алфавитном порядке: сначала идут зарубежные производители котлов, затем – отечественные. Для каждого производителя или представительства иностранной фирмы в России приведены адреса и контактные телефоны, а в некоторых случаях – дополнительная информация об истории котлостроительной фирмы и особенностях ее продукции.

Часть 1. Теоретические основы

Уникальность географического расположения России, при котором около 27 % добываемых энергоресурсов тратится на отопление, предопределила развитие отопления как отрасли.

1. Топливо и основы горения

Как правило, в качестве первичной энергии для водогрейных котлов используют различные виды органического топлива. По агрегатному состоянию все виды органического топлива делятся на газообразное, жидкое и твердое.

Газообразное топливо – это, прежде всего, природный газ. На долю России приходится примерно 1/3 всех разведанных запасов природного газа, поэтому на большей части нашей территории (европейская часть, Западная Сибирь, Урал и др.) в крупных городах газ доступен, а цена его (с учетом высоких потребительских качеств) сравнительно невысока.

Природный газ состоит, главным образом, из метана СН4, а также небольшого количества более тяжелых углеводородов: этана С2Н6, пропана С3Н8, бутана С4Н10 и др.

Газ некоторых месторождений, кроме углеводородов, содержит и другие горючие компоненты: водород Н2 и оксид углерода СО. Из негорючих компонентов в состав газа входят азот N2 и диоксид углерода СО2.

В табл. 1 приведены технические характеристики природного газа из нескольких месторождений Российской Федерации.

Таблица 1. Состав и плотность газов основных газовых месторождений

При добыче нефти, как правило, приходится иметь дело с попутными газами, в которых значительно меньше СН4, но зато количество тяжелых углеводородов составляет уже десятки процентов. Количество и качество попутного газа зависят от состава сырой нефти и ее стабилизации на месте добычи (только стабилизированная нефть считается подготовленной для дальнейшей транспортировки по трубопроводам или в танкерах).

Кроме природных и попутных газов, в промышленности иногда используются различные искусственные газы. На предприятиях металлургической промышленности (доменное производство и коксовые печи) образуется большое количество низкокалорийного доменного газа (Qri = 4,0–5,0 МДж/м3) и среднекалорийного коксового газа (Qri = 17–19 МДж/м3), содержащего Н2, СН4, СО и другие горючие газообразные компоненты.

Таблица 2. Состав и плотность промышленных газов

В некоторых странах, не столь богатых природным газом, как Россия, существует целая отрасль промышленности, занятая производством генераторных газов, часто называемых синтезгазами. Разработаны методы и создано оборудование для получения удобного при использовании в быту топлива путем газификации твердого органического топлива: угля, сланцев, торфа, древесины. В случае применения в качестве окислителя обычного воздуха получают низкокалорийный (3–5 МДж/м3) газ, а газификация на кислородном дутье позволяет получить среднекалорийный газ с Qri = 16–17 МДж/м3. Такой газ, в отличие от низкокалорийного, можно применять не только на месте получения, но и транспортировать на некоторое расстояние. Состав генераторного газа определяют исходное топливо и технология его газификации.

Однако в условиях российской действительности, при сравнительно низких ценах на природный газ, все виды генераторного газа оказываются неконкурентоспособными по сравнению с природным. Тем не менее в некоторых случаях (при отсутствии вблизи объекта газовых магистралей или необходимости утилизировать содержащие органические вещества отходы производства) практикуют установку газификаторов с воздушным или паровоздушным дутьем для получения газовой смеси, содержащей Н2, СО и небольшое количество углеводородов, что позволяет обеспечить газообразным топливом отопительные котлы с автоматизированными горелками и высоким КПД.

Во второй половине прошлого века в промышленном масштабе было налажено производство сжиженного природного газа (СПГ) – топлива, которое на первой и последней стадиях своего существования является газом, но при транспортировке и хранении ведет себя как жидкое топливо (обеспечивая тем самым широкий рынок для реализации на огромных территориях, куда невозможно или нецелесообразно прокладывать газовую магистраль). Получается СПГ путем сжижения природного газа за счет охлаждения его до температуры ниже – 160 °С. После регазификации на месте потребления СПГ не теряет свойств, характерных для обычного природного газа, т. е. имеет такую же теплоту сгорания, как исходный природный газ: 48,1 МДж/м3. При давлении 0,6 МПа, которое является рабочим при транспортировке и хранении СПГ, его плотность составляет 385 кг/м3. Понятно, что при такой температуре хранить и перевозить СПГ приходится в специальных (криогенных) емкостях. Стоимость таких установок достаточно высока, однако цена сжиженного природного газа существенно ниже стоимости аналогичного продукта – сжиженного углеводородного газа, более известного под названием пропан-бутановой смеси.

Таблица 3. Характеристики некоторых видов газообразного топлива, используемых в Европе

Сырьем для получения пропан-бутановых смесей, широко используемых в жилищно-бытовом секторе, является главным образом попутный газ нефтедобычи. Другой источник сжиженного газа – нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), на которые поступает сырая нефть, содержащая сжиженные нефтяные газы. В процессе дистилляции они улавливаются, причем их выход составляет 2–3 % объема перерабатываемой нефти. Теплота сгорания этого топлива и другие его характеристики зависят от соотношения между содержанием бутана и пропана.

В табл. 3 приведены основные характеристики пропан-бутановой смеси и еще нескольких видов газообразного топлива, на которые обычно рассчитывают свои горелки европейские поставщики водогрейных котлов на российский рынок.

Жидкое топливо – это продукты переработки сырой нефти. В водогрейных котлах небольшой мощности сжигают обычно дизельное топливо, солярку или легкие сорта мазута. В крупных водогрейных котлах, устанавливаемых на районных станциях теплоснабжения, допускается применение более тяжелых сортов топочного мазута (марки М40 и М100). На нефтепромыслах в качестве топлива для котлов иногда используют отбензиненную сырую нефть.

Качество жидкого топлива определяется составом исходной сырой нефти, а также технологией ее переработки. Основная характеристика жидкого топлива, определяющая условия его транспорта и сжигания, – вязкость. Характеристики вязкости различных видов жидкого топлива представлены на диаграмме (рис. 1).

Рис. 1. Характеристики вязкости различных видов жидкого топлива

На процесс сжигания жидкого топлива влияют и другие характеристики: зольность, содержание влаги и, особенно, содержание серы. Важное значение имеют также температура вспышки и температура застывания. Теплота сгорания различных марок жидкого топлива составляет, как правило, 39,8–41,9 МДж/кг (9500–10 000 ккал/кг).

С точки зрения обеспечения надежной работы топливной аппаратуры и котельной установки в целом, самое подходящее жидкое топливо, безусловно, – дизельное, теплота сгорания которого 10 180 ккал/кг. В большинстве его видов практически нет механических примесей, а содержание серы даже в тяжелых марках дизельного топлива не превышает 0,5 %. Благодаря этому не возникает проблем с коррозией поверхностей нагрева котлов и загрязнением атмосферы сернистым ангидридом. Очень важные достоинства дизельного топлива – низкая температура застывания и хорошее распыливание в топках водогрейных котлов.