Решение проблемы отложений на теплообменных поверхностях в котлах «Суворов-М»

Известно, что при сжигании топлива в любых отопительных агрегатах часть углерода в силу разных причин не сгорает и вместе с образующимися в процессе горения различными соединениями оседает на сравнительно холодных теплообменных поверхностях котла и в дымоходе. Поскольку теплопроводность отложений на порядки ниже, чем у металла, то наличие даже небольшого слоя на теплообменных поверхностях приводит к снижению передачи тепла к теплоносителю и увеличению тепловых потерь через дымоход. При этом уменьшается генерируемая мощность и падает КПД. То есть для получения требуемого количества тепловой энергии придется использовать больше горючего.

Процесс образования отложений в твердотопливных котлах

Наиболее остро проблема возникновения наслоений стоит в отопительных агрегатах, работающих на твердом топливе. Особенно это касается маломощных устройств, в которых трудно обеспечить высокие температуры в топке и сжигание всех фракций, выделяющихся из топлива. Рост смолистых отложений и сажи на теплообменных поверхностях обусловлен тем, что при горении и пиролизе топлива из него выделяются твердые, жидкие и газовые фракции. Причем их соотношение зависит от температуры в топке: с ее увеличением растет процент газовых фракций, которые лучше сгорают.

Однако из-за неоднородностей температур в камере сгорания и наличия периферийной зоны возле стенок рубашки, имеющей более низкую температуру по сравнению с ядром топки, процент частиц в жидкой и твердой фазе оказывается значительным (особенно при использовании влажного топлива). Они не могут сгореть из-за низкой температуры в этих областях (ниже t возгорания, которая должна превышать 600 градусов) и, попадая в газовый тракт, оседают на теплообменных поверхностях, имеющих температуру не более100 °C. Причем слой этих частиц растет с каждой топкой, особенно в застойных зонах, снижая теплопередачу от горящего топлива к теплоносителю.

При этом уменьшается мощность котла и его КПД, поскольку та часть тепла, которая не перешла к теплоносителю, безвозвратно уносится дымовыми газами. И чем интенсивнее горение топлива, тем выше потери и, соответственно, расход горючего.

Сложный химический состав твердого топлива и содержание в нем влаги приводят к образованию не только сажи, но и различных смол в жидкой и твердой фазах. По мере прохождения газового тракта они оседают на теплообменных поверхностях и в дымоходе.

Интенсивность роста отложений зависит от нескольких факторов:

• конструкции котла;
• длины и конфигурации газового тракта;
• используемого топлива.

В результате это приводит к почти полной потере мощности. В некоторых конструкциях интервал между чистками может составлять одну-две недели, что, безусловно, снижает эксплуатационные характеристики твердотопливных котлов длительного горения. На практике период обслуживания зачастую определяется приемлемыми потерями мощности устройства (или допустимым увеличением расхода топлива).

То есть, когда тепловой мощности не хватает для обогрева помещения, потребитель вынужден производить чистку теплообменных поверхностей и дымохода.

Особенно сильное влияние на интенсивность роста отложений в таких котлах оказывает вода, содержащаяся в топливе и образующаяся в процессе горения при соединении выделяющегося водорода с кислородом воздуха.

• Во-первых, при ее испарении затрачивается тепловая энергия, которая вместе с водяным паром и дымовыми газами безвозвратно уносится в атмосферу.
• Во-вторых, пары воды снижают температуру в топке, вследствие чего растет процент частиц топлива в твердой и жидкой фазе, которые, не сгорая, уносятся дымовыми газами в газовый тракт, где и оседают на теплообменных поверхностях.
• В-третьих, при использовании влажного топлива пары воды конденсируются на сравнительно холодных (ниже точки росы) теплообменных поверхностях и стенках дымохода и стекают в виде конденсата внутрь котла, способствуя коррозии металла и его разрушению.

Поэтому при создании бытовых отопительных агрегатов конструкторы стремятся минимизировать негативное влияние отложений, однако существенного прогресса в этой области до сих пор не удавалось достичь.

Предотвращение образования отложений в моделях серии «Суворов-М»

В нашей компании разработана конструкция, в которой в значительной степени удалось решить проблему появления смолистых наслоений и сажи на теплообменных поверхностях.

Это стало возможным благодаря применению целого ряда инновационных технических решений, таких как:

• определенное пространственное расположение теплообменных поверхностей относительно топки и дымохода;
• изменение скорости и направления движения дымовых газов;
• модернизация конструкции топки;
• футеровка боковых поверхностей камеры сгорания;
• распределенная подача вторичного воздуха.

При работе котла на мощности выше средней и использовании сухого топлива отложения практически не образуются, поэтому период обслуживания составляет несколько недель и даже месяцев. А отложения, которые образовались при работе на небольших мощностях или при использовании влажного топлива, выжигаются при переводе котла в режим с мощностью выше средней либо удаляются путем механической чистки теплообменных поверхностей.

Тестирование котлов «Суворов-М»

Проведенные испытания нескольких моделей с различной мощностью (15, 20 и 30 кВт) полностью подтвердили заявленные характеристики. После нескольких топок (по 6-15 часов) появляется легкий налет, снижающий максимальную мощность на 5-10 %, который не увеличивается при использовании сухих дров (влажностью менее 25 %) и работе на мощности выше средней.

При работе на минимальной мощности и использовании более влажного топлива отложения на теплообменных поверхностях нарастают быстрее, но уменьшение максимальной мощности не превышает 20 %. Причем если при появлении заметных наслоений сразу перевести котел в режим с мощностью выше средней, то большая часть этих отложений выгорает. Однако если топить на минимальной мощности продолжительное время, наслоения на теплообменных поверхностях могут коксоваться и их становится трудно удалить переводом котла в режим больших мощностей. Поэтому иногда (если требуется получение близкой к максимальной мощности или для экономии топлива) приходится удалять эти отложения механическим путем.

При этом следует отметить, в разработанной серии котлов «Суворов-М» реализована технология управления температурой дымовых газов. Это позволило расширить диапазон генерируемых мощностей за счет возможности уменьшения минимальной мощности при обеспечении требуемой для нормальной работы дымохода температуры дымовых газов. Если сравнивать представленные отопительные агрегаты с аналогами, в которых диапазон генерируемых мощностей, как правило, меньше примерно в два раза, можно сделать следующий вывод.

При работе в одинаковом диапазоне мощностей в моделях «Суворов-М» отложения, образующиеся на теплообменных поверхностях, существенно не сказываются на теплотехнических параметрах, что повышает эксплуатационные характеристики этих котлов.