Система защиты теплообменных поверхностей в котлах серий «Суворов» и «Суворов-М»

Одним из существенных недостатков твердотопливных котлов является быстрый рост отложений смол и сажи в топке и на теплообменных поверхностях газового тракта.

Наличие этих отложений приводит к снижению теплопроводности стенок рубашки котла и, как следствие:

• уменьшению генерируемой мощности;
• росту потерь из-за увеличения температуры дымовых газов.

Снижение тепловой мощности за счет отложений может достигать 20-40 % (в ряде случаев и больше), соответственно, падает КПД, растут потери тепла и расход топлива. Поэтому для восстановления технических характеристик котла требуется регулярно чистить теплообменные поверхности. В некоторых конструкциях период между обслуживанием может составлять одну-две недели, что, безусловно, снижает эксплуатационные характеристики котла.

Почему появляются отложения

В процессе горения из топлива, в частности древесины, выделяются компоненты в виде твердых, жидких и газовых фракций, большинство из которых окисляются поступающим воздухом с выделением тепловой энергии. Однако часть частиц в твердой и жидкой фазе (особенно в периферийной зоне) не успевает сгореть, оседает на стенках топки и с газовым потоком попадает в газовый тракт.

Там температура начинает быстро снижаться (из-за того, что газовые молекулы, находящиеся в возбужденном состоянии, отдают свою энергию при излучении квантов электромагнитного излучения и при соударении со сравнительно холодными стенками рубашки котла) и становится меньше температуры воспламенения углерода и его соединений.

Поэтому частицы в твердой и жидкой фазе (в основном это углерод и его соединения, в том числе с парами воды) оседают на теплообменных поверхностях газового тракта, снижая их теплопроводность.

Особенно это характерно для маломощных котлов, в которых отношение объема топки к теплообменной поверхности значительно меньше, чем в агрегатах средней и большой мощности. Поэтому в камере сгорания маломощных устройств образуется и попадает в газовый тракт больший процент частиц в твердой и жидкой фазе, особенно при использовании топлива с повышенной влажностью.

Кроме того, соотношение этих фракций в значительной степени зависит от температуры в топке, с увеличением которой растет процент газовых фракций и наоборот. Однако из-за неоднородности температуры в камере сгорания и наличия периферийной зоны возле стенок рубашки, имеющих более низкую температуру по сравнению с ядром горящего топлива, процент частиц в жидкой и твердой фазе оказывается значительным (особенно при использовании влажного топлива и работе котла на малых мощностях).

Большинство из этих частиц не может сгореть из-за низкой температуры возле стенок топки и газового тракта (ниже температуры возгорания, которая должна быть более 600 градусов) и оседает на теплообменных поверхностях, температура которых не превышает значений около 100 С. Причем слой этих частиц растет с каждой топкой, особенно в застойных зонах.

При наличии в топливе серы (она содержится в небольших количествах в древесине и некоторых сортах угля) в дымовых газах появляются пары серной кислоты. Вместе с парами воды они способствуют разрыхлению (с последующим разрушением) теплообменных поверхностей котла и увеличению на них слоя отложений. Иногда это приводит к прогару стенок рубашки в топке, поскольку на металл воздействует мощное тепловое излучение и высокие температуры газов.

Как решена проблема отложений в котлах «Суворов»

Для предотвращения образования наслоений смол и сажи в устройствах серий «Суворов» и «Суворов-М» боковые стенки топки закрыты либо металлическими экранами, либо футеровочными плитами. Увеличение ядра горящего топлива практически до размеров топки позволило повысить среднюю температуру в камере сгорания и обеспечить более полное сжигание пиролизных газов.

Существенно снизить появление и рост отложений на теплообменных поверхностях газового тракта в котлах серии

«Суворов-М» удалось за счет:

• изменения конфигурации газового тракта, направления и скорости движения дымовых газов;
• увеличения времени их нахождения в газовом тракте под действием мощного теплового излучения.

Более того, при работе котла на мощности близкой к номинальной рост отложений практически не наблюдается. Их заметное увеличение происходит только на малых мощностях, однако при переводе устройства в режим мощности больше номинальной значительная часть наслоений смол и сажи выгорает.

Нет отложений – выше КПД, меньше расход топлива

В целом в котлах серии «Суворов-М» за счет применения специальных мер по защите теплообменных поверхностей от появления или интенсивного роста отложений удалось повысить стабильность теплотехнических характеристик в процессе эксплуатации и снизить потери тепловой энергии. В результате существенно уменьшился расход топлива и улучшились эксплуатационные характеристики благодаря увеличению периода обслуживания.