Теплообменник для котла: функция, виды, принцип работы, производители

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.

Принцип функционирования

Чугунные газовые котлы отопления по принципу работы схожи с обычными агрегатами. В них присутствуют те же элементы: циркуляционный насос , газовая горелка, теплообменник, камера сгорания. Процесс работы устройства основан на сжигании топлива в камере сгорания, она передает тепловую энергию змеевику с водой. Змеевик, выполненный из чугуна — это главный ключевой элемент котла, его предназначение заключается в постепенном и равномерном нагреве теплоносителя .

В работе подобных агрегатов выделяется множество положительных моментов:

Во-первых, они не поддаются воздействию коррозии.
Во-вторых, равномерно распределяют тепло.
Хорошо выдерживают тепловые нагрузки.
При должном уходе способны прослужить ни один десяток лет.

В качестве минусов газового котла с чугунным теплообменником можно отметить то, что подобные устройства склонны к механическим повреждениям, а также много весят. Еще один недостаток — это то, что чугун очень сильно воспринимает разницу температур на подаче и обратке теплоносителя. В случае сильного перепада на теплообменнике появляются трещины, в результате придется прибегать к ремонту, который обойдется недешево.

Материал изготовления

Изготавливают теплообменник для котла из материалов прочных, хорошо проводящих тепло, не склонных к коррозии и достаточно устойчивых к давлению. Поскольку приходится учитывать и стоимость материала, выбор невелик.

Сталь

Стальной теплообменник дешевле в цене, но менее долговечный
Это самый доступный материал. Сталь очень прочная, но хорошо поддается обработке. Цена невелика. Плюс такого варианта – стойкость к высокой температуре. Сталь пластична и при нагреве не покрывается трещинами, не деформируется даже на участках, контактирующих с горелкой.

Стальной теплообменник на твердотопливный или газовый котел склонен к коррозии. Вода внутри трубок и продукты сгорания в камере котла разрушительно действуют на материал. Это сказывается на долговечности. Модель из стали много весит, это приводит к дополнительному расходу топлива на прогрев самого элемента.

Теплообменник из нержавеющей стали устойчив к коррозии и служит не менее 50 лет.

Чугун

Материал гораздо устойчивее к коррозии чем сталь, не боится ржавчины и действия кислотных ангидридов. Срок эксплуатации достигает 50 лет. Однако чугун – сплав хрупкий, под действием температуры может растрескиваться. Чтобы избежать повреждений, чугунный трубчатый теплообменник необходимо промывать: если используется обычная вода, то 1 раз в год; если антифриз – то 1 раз в 2 года; если дистиллированная жидкость – 1 раз в 4 года.

Вес элемента из чугуна еще больше, поэтому на нагрев приходится тратить больше топлива и времени.

Медь

Медь – благородный металл, не подверженный никаким видам коррозии. Она химически инертна, отлично переносит давление. Медь лучше проводит тепло, поэтому для нагрева самого элемента и протекающей жидкости требуется меньше топлива. Вес медной модели невелик, размеры компактны при очень развитой рабочей поверхности.

Недостаток – высокая цена. Также медный теплообменник слишком чувствителен к нагреву до высоких температур. Чаще встречается у котлов от зарубежных изготовителей.

Медный

Чугунный

Сталь и теплообменники: богатый выбор возможностей

2009-04-29
(0) (21672) (1)

Опубликовано в журнале СОК №3 | 2009

Rubric:

Heating

Теплообменник — один из важнейших элементов отопительного котла. Задачей теплообменника, как понятно из названия, является передача тепла от сгорающих газов к теплоносителю контура отопления (первичный теплообменник) или, в некоторых случаях, от нагретого теплоносителя контура отопления к воде контура горячего водоснабжения (вторичный теплообменник). В современных отопительных котлах теплообменники изготавливают из чугуна, стали или меди. В этой статье мы оценим положительные и отрицательные качества, а также конструктивные особенности стальных теплообменников.

СТАЛЬ

Сталь (нем. Stahl) — сплав железа с углеродом и другими элементами, содержание углерода в котором составляет от 0,02 до 2,14 %. Сталь — один из основных материалов для изготовления не только теплообменников, но и многих других компонентов отопительного оборудования. В зависимости от предназначения к сталям предъявляют разнообразные требования. Существует большое число марок сталей, различающихся по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам.
Выплавка стали
Сталь получают в основном из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов в результате окислительных процессов, целью которых является удаление большей части примесей чугуна (углерода, кремния, марганца, серы, фосфора) в пределах требований, предъявляемых к конкретной марке стали. В современной металлургии к основным способам выплавки стали относятся кислородно-конвертерный процесс (передел жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки воздухом или технически чистым кислородом), мартеновский процесс (окислительная плавка загруженных в мартеновскую печь железосодержащих материалов путем вдувания раскаленной смеси горючего газа и воздуха) и электросталеплавильный процесс (выплавка стали в электропечах за счет тепла электрической дуги между металлом и графитовыми электродами).
Изменение свойств стали
Для изменения свойств стали применяют различные виды обработки: термическую (закалка, отжиг), химико-термическую (цементизация, азотирование), термомеханическую (прокатка, ковка). При обработке стали для получения необходимой структуры используют присущее железу свойство аллотропии (полиморфизма), т.е. способность существовать в различных кристаллических формах в зависимости от температуры. Переход из жидкого состояния в твердое сопровождается определенной расстановкой атомов в пространстве — образованием кристаллической решетки. Структура металла, образующаяся в процессе кристаллизации, зависит от характера этого процесса. Аллотропические формы железа (как и других металлов) обозначают греческими буквами (α, β, γ, σ), начиная с той модификации, которая существует при более низкой температуре. Железо при охлаждении от жидкого состояния до температуры 15–20 °C претерпевает внутренние превращения, выражающиеся четырьмя критическими точками. При 1539 °C оно кристаллизуется в виде модификации «сигма-железо» (σжелезо) с объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой (по одному атому в углах куба и в его центре). При 1392 °C «сигма-железо» (σжелезо) переходит в модификацию «гамма-железо» (γжелезо), образуя кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку (по одному атому в углах куба и в центре каждой грани). При 911 °C «гамма-железо» (γжелезо) переходит в «бета-железо» (βжелезо), кристаллизуясь опять в объемно-центрированную кубическую решетку. При 768 °C (точка Кюри) немагнитное «бета-железо» (βжелезо) переходит в магнитное «альфа-железо» (αжелезо) без принципиальных изменении в кристаллической структуре. Взаимодействие углерода с двумя модификациями железа (α и γ) приводит к образованию твердых растворов. Модификации железа обладают различными свойствами: γжелезо относительно хорошо растворяет углерод, образуя твердый раствор внедрения, который называется аустенитом. Максимальная растворимость углерода в αжелезе — при 1130 °С составляет 2 %. В αжелезе при 723 °С максимально растворяется 0,02 % углерода. Твердый раствор углерода в αжелезе называют ферритом. Избыточный углерод, не растворяющийся в αжелезе, образует с ним химическое соединение — цементит Fe3C. При закалке стали образуется метастабильная фаза — мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в αжелезе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности. Описание фаз и структур железоуглеродистых сплавов подробно дано во врезке «Фазы и структуры железоуглеродистых сплавов». Для обеспечения требуемых технологических и эксплуатационных характеристик на различных этапах получения конечного материала сталь также подвергают легированию (от лат. ligo — связываю, соединяю), т.е. введению в расплав дополнительных элементов. С помощью легирования можно улучшить механические свойства (прочность, пластичность, вязкость), физические свойства (электропроводность, магнитные характеристики, радиационная стойкость) и химические свойства (коррозионная стойкость). Среди основных свойств, придаваемых идущим на изготовление теплообменников сталям, особое значение имеют жаропрочность и коррозионная стойкость, в т.ч. в слабокислой среде.
Классификация сталей
По назначению стали делятся на конструкционные (до 0,8 % углерода) и инструментальные (от 0,7 % углерода). Как отдельный класс выделяют стали с особыми свойствами: электротехнические (в качестве легирующей добавки может содержать до 0,5 % алюминия), магнитные (содержат высокий процент хрома или кобальта), нержавеющие (с содержанием хрома 12–20 %), кислотостойкие (вариант нержавеющей стали с добавлением молибдена и титана) и др.Содержание неметаллических примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углерод, придающий сплавам железа прочность и твердость, снижая пластичность и вязкость, сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3–0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6–0,85 % С). Легированные стали по химическому составу разделяют на низколегированные (с общим содержанием легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированные (2,5–10 %) и высоколегированные (выше 10 %).При изготовлении теплообменников используются, как правило, качественные низкоуглеродистые конструкционные стали или нержавеющие стали. Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали с содержанием углерода от 0,15 до 0,25 % предназначены для деталей, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. В процессе изготовления их насыщают с поверхности углеродом (цементуют), а поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде (нагрев выше температуры полиморфного превращения, с последующим быстрым охлаждением) в сочетании с низкотемпературным отпуском (нагрев до 250 °C с последующим медленным остыванием).Такая обработка обеспечивает высокую поверхностную твердость и сохраняет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла, которая из-за низкой прокаливаемости упрочняется слабо. Эти стали пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Их применяют, в числе прочего, для де талей котло-турбостроения (трубы перегревателей, змеевики), работающих под давлением при температуре от –40 до +425 °С.В качестве основных легирующих элементов в конструкционных сталях применяют хром до 2 %, никель 1–4 %, марганец до 2 %, кремний 0,6–1,2 %. Такие легирующие элементы, как молибден (0,2–0,4 %), вольфрам (0,5–1,2 %), ванадий (0,1–0,3 %), титан (0,1–0,2 %) обычно вводят в сталь в сочетании с хромом и никелем с целью дополнительного улучшения тех или иных физико-механических свойств. Нержавеющая сталь — сложнолегированная сталь, стойкая против коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12–20 %), от содержания которого напрямую зависит сопротивление к коррозии: при его содержании более 12 % сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50 %.Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая пленка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов. Помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (углерод, кремний, марганец, сера, фосфор), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (никель, опять же марганец, титан, кобальт, молибден, ниобий — см. табл. «Легирующие элементы нержавеющей стали»). Примерный химический состав различных типов нержавеющих сталей указан в табл. 1.
Маркировка сталей
Различные виды сталей маркируются цифрами и буквами, указывающими их примерный состав. В разных странах существуют различные стандарты обозначений. Примеры соответствий между обозначениями нержавеющих сталей представлены в табл. 2.Расшифровка обозначений легированных сталей по ГОСТу такова. Буквы в маркировке показывают, какой легирующий элемент входит в состав стали: ❏ Г — марганец Mn; ❏ С — кремний Si; ❏ Х — хром Cr; ❏ Н — никель Ni; ❏ Д — медь Cu; ❏ А — азот N; ❏ Ф — ванадий V; ❏ Б — ниобий Nb; ❏ В — вольфрам W; ❏ Е — селен Se; ❏ К — кобальт Co; ❏ Л — бериллий Be; ❏ М — молибден Mo; ❏ Р — бор B; ❏ Т — титан Ti; ❏ Ю — алюминий Al. Cтоящее непосредственно за буквой число — это среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то числа за буквой не ставятся. Первое двузначное число указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная. В некоторых случаях перед маркой легированных сталей буквами указывают области их применения. Так, марки автоматных сталей начинаются с буквы А, подшипниковых — с буквы Ш, быстрорежущих — с буквы Р, электротехнических — с буквы Э, магнитнотвердых — с буквы Е. В конце марки конструкционной стали также могут быть дополнительные буквенные обозначения: например, буква К обозначает вариант химического состава стали с повышенной коррозионной стойкостью в атмосфере и предназначена для изготовления котлов и сосудов, работающих под давлением и при температурах до 450 °С (котельная сталь).Рассмотрим для примера одну из наиболее распространенных марок нержавеющей стали, используемой для изготовления теплообменников, EN 1.4404. По ГОСТу это 03Х17Н13М2: первое число обозначает содержание углерода (ОСОБЕННОСТИ СТАЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ Стали, используемые при изготовлении теплообменников, обладают хорошей свариваемостью. Применение сварных конструкций позволяет делать топки оптимальной конструкции с точки зрения теплообмена и движения газов. У нержавеющей стали в этом отношении есть неприятная особенность: после обработки обычными способами сварки она практически теряет свои нержавеющие свойства в местах сварных швов. На поверхности сварного соединения образуется пористый оксидный слой, содержащий в основном хром, выделившийся из основного материала, вследствие чего под оксидным слоем образуется слой со сниженным содержанием хрома. Для того, чтобы стойкость сварного соединения к коррозии была столь же высокой, как и у основного материала, сварное соединение должно пройти последующую термическую и/или механическую обработку для удаления оксидного слоя и зоны со сниженным содержанием хрома. Это дополнительно увеличивает стоимость изделий из нержавейки (не считая того, что нержавеющая сталь сама на порядок дороже обычной стали).Зато изделия из обычной стали нестойки к коррозии, и для этого стальные поверхности теплообменников защищают различными антикоррозийными покрытиями. Особенно сильный вред стальному теплообменнику может нанести так называемая «низкотемпературная коррозия», возникающая из-за конденсации продуктов сгорания на его стенках. Механизм конденсации таков: дымовые газы имеют «точку росы» — температуру, при охлаждении до которой содержащийся в них водяной пар становится насыщенным и переходит в жидкое состояние. В зависимости от вида и состава топлива температура начала конденсации может отличаться: для метана она составляет около 60 °C, для дизеля — около 50 °C. При этом страшна не столько сама вода, сколько растворенные в ней кислоты: угольная, серная, сернистая и некоторые другие. Выпадение конденсата на поверхности теплообменника возможно в начальные моменты периодического запуска котла и при поступлении в котел из обратной трубы системы отопления или из подпитки теплоносителя с температурой ниже «точки росы».Дополнительным преимуществом стальных теплообменников в борьбе с коррозией является гладкая поверхность и круглое сечение дымового канала, на стенкам которого конденсат стекает, не успевая нанести существенного вреда. Для достижения этих целей производители стараются по возможности уменьшать площади сварных швов, используя, например, бесшовные конструкции из цельнотянутых труб. Но если не доводить дело до «точки росы» (конденсационной техники это, естественно, не касается), стальные теплообменники приобретает ощутимые преимущества перед чугунными в силу своей пластичности, благодаря которой они с легкостью переносят резкие перепады температур в подающей и обратной магистралях. Это же качество (пластичность) помогает им не растрескаться от случайного удара, поэтому котлы со стальными теплообменниками чаще всего поставляют цельно-сваренными или, по крайней мере, в максимально собранном виде. Стальные котлы имеют вдвое, а то и втрое меньший вес по сравнению с чугунными, и посему имеют преимущество при конструировании напольного отопительного оборудования большой мощности. К тому же, на стальной котел идет значительно меньше исходного материала, чем на чугунный. Толщина стенок обычно составляет 2,5–4 мм. В настенных же термоблоках сталь вообще представляет железосодержащие сплавы в гордом одиночестве, конкурируя с медью. Тонкие стальные стенки имеют и недостатки: котлы из стали быстрее проедаются коррозией и прогорают. Поэтому срок службы котлов из стали самый маленький среди отопительного оборудования. Производители дают им от 10 до 25 лет. По европейским нормам в таком маленьком сроке службы нет ничего плохого: через этот промежуток времени котел считается морально устаревшим, и нет смысла изготавливать более надежное (и дорогостоящее) оборудование, если оно все равно через 10 лет будет заменено. Котлы с стальными теплообменниками обладают меньшей теплоаккумулирующей способностью и меньшей тепловой инерционностью, чем чугунные термоблоки. Это удобно, если требуется обеспечить оперативное реагирование при изменении условий эксплуатации (единовременный нагрев больших объемов теплоносителя, большое количество контуров с переменным расходом). Впрочем, теплоинерционность конкретного котла во многом зависит от объема водяной рубашки (количества воды в теплообменнике).Считается, что котел с теплообменником небольшого объема и веса безопаснее — при повреждении рубашки меньше мощность возможного взрыва, да и система отопления, как уже говорилось, быстрее реагирует на команды автоматики. Помимо этого, в теплообменниках малой емкости теплоноситель при нагревании продвигается быстрее, что препятствует образованию накипи на стенках — зато есть опасность закипания теплоносителя. Теплообменник большой емкости увеличивает теплоинерционность котла и, соответственно, время его остывания. Это особенно важно для твердотопливных котлов, где нельзя организовать автоматическую загрузку топлива (чем больше объем теплообменника, тем больше время между загрузками). Зато на команды автоматики такой котел реагирует крайне медленно. Сталь чрезвычайно популярна среди изготовителей отопительного оборудования. Стальными теплообменниками оснащают как настенные, так и напольные водогрейные котлы, паровые котлы, емкостные водонагреватели, тепловые пункты, экономайзеры, бассейны и пр.В зависимости от условий эксплуатации, вероятности образования коррозии и экономических соображений производители делают выбор между различными типами конструкционной и нержавеющей сталей. Большое значение имеет вид топлива, на котором будет работать котел. Нередко конструкция включает несколько типов стали, несколько разновидностей сплавов железа (например, биферральный теплообменник*), сочетание стали с другими металлами (битермический теплообменник: сталь + медь).
ВИДЫ СТАЛЬНЫХТЕПЛООБМЕННИКОВ
Напольные котлы
Прямоточная конструкция
Самая простая конструкция первичного теплообменника из стали использовалась (и успешно используется) в энергонезависимых напольных котлах отечественного и зарубежного производства, предназначенных для систем отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. А также в емкостных газовых водонагревателях для приготовления санитарной воды. Нагрев воды в отопительном контуре осуществляется по принципу самовара. В центре заполненной водой стальной емкости, называемой «водяной (или котловой) рубашкой», расположена оснащенная турбулизирующей спиралью стальная жаровая труба, по которой перемещаются горячие дымовые газы. Турбуляторы закручивают продукты сгорания, обеспечивая более равномерный и эффективный теплообмен. Горелка в простейших конструкциях таких котлов находится под емкостью и расположена на одной оси с жаровой трубой. По мере развития инженерной мысли производители стали находить более удачные решения для увеличения КПД котлов. Например, располагать ось горелки перпендикулярно оси котловой рубашки, а вертикальных каналов с турбуляторами делать несколько. Возможность изменять количество и схему расположения смонтированных турбулизирующих спиралей позволило регулировать температуру дымовых газов на выходе с целью повышения эффективности теплообмена и недопущения образования конденсата. Благодаря этому стало возможным также существенно снизить влияние формы и размеров дымохода в здании на качество работы котла. Размещение камеры сгорания непосредственно в цилиндре с теплоносителем позволило стабилизировать цикл работы горелки и не беспокоиться о перепаде температур теплоносителя в подающей и обратной магистралях. Схожая конструкция используется в прямоточных паровых котлах, где полное испарение воды происходит за время однократного (прямоточного) прохождения воды через испарительную поверхность нагрева. В выходной части змеевиков, где испаряются остатки влаги и начинается перегрев пара (так называемой переходной зоне) при недостаточно чистой питательной воде идет интенсивное образование накипи. Для самой стали это не страшно, но КПД котла значительно снижается. Поэтому к качеству питательной воды для паровых котлов предъявляются более жесткие требования, чем к теплоносителю для водогрейных котлов. Прямоточные паровые котлы имеют преимущество перед описанной ниже системой с многократной циркуляцией, т.к. позволяют получать пар сверхкритических давлений (более 22,1 МПа).
Многоходовая конструкция
Важным этапом развития водогрейных котлов стала разработка многоходовой системы горизонтально-вертикального движения дымовых газов и горизонтальное размещение «водяной рубашки». В результате появилась возможность изготавливать стальные котлы огромных мощностей. Многоходовая (чаще всего, трехходовая) система предусматривает реверсивное движение дымовых газов по каналам для обеспечения более полного и эффективного теплообмена. Первый горизонтальный ход — движение горячих продуктов сгорания непосредственно от горелки в заднюю часть котла цилиндрической камере сгорания, окруженной широкой «водяной рубашкой». Здесь происходит первичный нагрев пришедшего из системы остывшего теплоносителя. Второй ход дымовых газов осуществляется по более узкой трубе в реверсивном направлении, т.е. от задней стенке к передней. В этот период продолжается нагрев теплоносителя в котельном блоке. Иногда трубок второго хода делают несколько. Третий горизонтальный ход представляет собой множество маленьких трубочек, в которых котловой воде передается оставшееся в дымовых газах тепло. На этом этапе задача производителей состоит, с одной стороны, в максимальном улучшении теплообмена, а с другой, в недопущении охлаждения дымовых газов ниже «точки росы» (ведь, как мы помним, стальные изделия чрезвычайно чувствительны к низкотемпературной коррозии). Для этого приходится идти на разные ухищрения, например, использование профилированных конвективных поверхностей. Важную роль в стальных напольных котлах играет баланс между эффективной теплопередачей и сопротивлением топочных газов в жаровых трубах и гидравлическим сопротивлением теплоносителя в котле, поскольку подъем нагретой воды должен осуществляться естественным путем. Большое значение имеет соотношение мощности горелки и объема «водяной рубашки», аккумулирующего энергию сгорания и влияющего на цикл работы горелки.
Котлы для нескольких видов топлива
Сталь весьма успешно используется и при создании универсальных котлов под сменную горелку и многотопливных котлов, от которых требуется стабильная работа в условиях самых разнообразных температурных режимов. В табл. 3 приведены температуры пламени основных энергоносителей.
Настенные котлы
Сталь занимает ведущее положение среди материалов, использующихся для изготовления настенных котлов. Из нее делают как первичные, так и вторичные теплообменники. Первичный теплообменник обычно представляет собой трубу, изогнутую в форме змеевика в одной плоскости, на которой наварено или напаяно оребрение. Вторичные теплообменники (или теплообменники ГВС) передают тепло от нагретого теплоносителя контура отопления к санитарной воде контура горячего водоснабжения и представляют собой спаянные между собой пластины из нержавеющей стали. Благодаря их высокой теплопроводности и большой площади пластин обеспечивается необходимый теплообмен. Направление потоков теплоносителя и холодной воды, как правило, направлены навстречу друг другу. Из-за скорости потока теплоносителя вторичный теплообменник менее подвержен риску отложения солей жесткости на внутренних поверхностях. Встречаются также конструкции типа «два в одном», получившие название битермических. Такие теплообменники объединяют в одной конструкции нагревательные элементы двух контуров: отопления и горячего водоснабжения. Организационно они представляют собой коаксиальную трубу, на внешней поверхности которой напаяны пластины. Внутренняя (обычно медная) труба предназначена для воды контура ГВС, а наружная (стальная) — для теплоносителя системы отопления. Использование битермического теплообменника в котле устраняет необходимость в трехходовом вентиле, что снижает стоимость котла и повышает надежность его работы. Недостатком же является ограниченная теплопередача в режиме работы горячего водоснабжения, поэтому количество нагретой санитарной воды меньше, чем в котлах с двумя теплообменниками. Кроме того, не рекомендуется использовать котлы с битермическими теплообменниками с водой повышенной жесткости, поскольку из-за большого перепада температур в контурах отопления и ГВС процесс отложения солей происходит более интенсивно.
Водонагреватели
Вторичные теплообменники могут существовать и вне котла, в емкостных водонагревателях косвенного нагрева. В большинстве случаев используются трубчатые теплообменники из меди или нержавеющей стали, расположенные внутри бака водонагревателя. Тепло котловой воды передается санитарной воде через стенки змеевика. Встречаются также конструкции, носящие название «бак в баке». Это теплообменник из двух емкостей, расположенных одна в другой. Внутренняя емкость содержит нагреваемую жидкость (вторичный контур), а наружная емкость содержит греющую жидкость (первичный контур). Внутренняя емкость изготовлена из нержавеющей стали и имеет волнообразные стенки цилиндрической части, призванные увеличить теплоотдачу. Водонагреватели с двойной стенкой в основном применяются производителями с тем, чтобы избавиться от недостатков, присущих бойлерам первого типа: поверхность теплообмена такого устройства в 2,0–2,5 раза превышает поверхность змеевика и скорость образования накипи значительно ниже.
Экономайзеры
Экономайзер представляет собой теплообменное устройство для отбора остаточной теплоты дымовых газов для повышения КПД котла (до 12 % по отношению к низшей теплоте сгорания) и экономии топлива. Добытая таким способом энергия используется для первичного подогрева теплоносителя в обратной линии. Данное приспособление находит в настоящее время все большее применение. Экономайзеры используются в паровых и водогрейных котлах и бывают выносными и встроенными. Выносные экономайзеры используются для модернизации обычных отопительных установок, где требуется избегать конденсации внутри самого котельного агрегата, но очень хочется выжать из энергоносителя все возможное. Встроенный экономайзер используется в паровых котлах и в конденсационных водогрейных. Поскольку образование конденсата в экономайзерах не просто обычное дело, а признак его эффективной работы, для их изготовления нередко используется матовая или полированная (зеркальная) нержавеющая сталь толщиной около 0,8–1,0 мм. Конкретный состав стали выбирается с учетом использующегося в котле энергоносителя, поскольку кислотная составляющая дымовых газов напрямую связана с типом сжигаемого топлива. Важно, чтобы стенки экономайзера были максимально гладкими, чтобы конденсат беспрепятственно стекал по ним в конденсатоотводчик.
Тепловые пункты
Теплообменники могут быть не только встроенными в различные емкости, но и применяться как самостоятельные устройства. В городах для отопительных систем многоэтажных домов и предприятий нередко используются тепловые пункты. В задачу теплового пункта входит передача тепла от централизованной котельной к отдельному отопительному контуру. В настоящее время применяют так называемые скоростные теплообменники двух типов.
Кожухотрубный теплообменник
Теплообменники этого типа предназначены для теплообмена между различными средами: жидкостями, жидкостями и паром, жидкостями и газами и применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена — теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Кожухотрубный теплообменник представляет собой сваренные между собой секции, каждая из которых состоит из стального цилиндра большого диаметра (кожух), внутрь которой помещено несколько трубок маленького диаметра (трубы). Теплоноситель от котельной пропускается по трубам, а вода из контура отопления — противотоком в межтрубном пространстве кожуха. Пучки труб скрепляются при помощи трубных решеток и ограничиваются кожухами и крышками с патрубками. Трубки изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром 12–57 мм. Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и из специальных сплавов. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата (но не тоньше 4 мм). Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, при этом каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи теплоносителей (интенсификации).
Пластинчатый теплообменник
Поверхность теплообмена в этих теплообменниках образована из параллельно расположенных тонких штампованных пластин с профилированной поверхностью и отверстиями для теплоносителей в углах. Наиболее распространенными в современных теплообменных аппаратах являются пластины ленточнопоточного и сетчато-поточного типов. Такие пластины имеют повышенную жесткость по сравнению с плоскими пластинами. Благодаря наличию гофр на поверхности теплообмена создаются извилистые щелевидные межпластинные каналы, в которых достигается значительная турбулизация движущихся рабочих сред при сравнительно малых скоростях потока. Число пластин зависит от расхода жидкостей, их физических характеристик, гидравлического сопротивления и заданного температурного режима. Стандартная толщина пластин 0,5–0,8 мм. Рабочие среды в теплообменнике движутся противотоком через предусмотренные для них отверстия между соседними пластинами по щелевым каналам сложной формы. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой. При прохождении рабочих сред через теплообменник греющая среда отдает часть тепла пластине, которая, в свою очередь, охлаждается с другой стороны средой нагреваемой. Уплотнение, расположенное по периметру пластины, охватывает два угловых отверстия, через которые поток рабочей среды входит в межпластинный канал и выходит из него, а через два других отверстия, изолированных дополнительно кольцевыми уплотнениями, встречный поток проходит транзитом. Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред, жесткость конструкции теплообменника и повышает коэффициент теплопередачи. Между пластинами имеются резиновые уплотнения, обеспечивающие надежную изоляцию и разделяющие направление потоков сред по каналам теплообменника. Пластинчатые теплообменники выпускают цельно-сваренными или разборными. Для разных частей пластинчатых теплообменников применяют различные материалы: так, пластины обычно делают из нержавеющей стали, а кожух может быть изготовлен из обычной конструкционной стали. Пластинчатый теплообменник считается более совершенной конструкцией по сравнению с кожухотрубным. К его достоинствам относятся: быстрое температурное регулирование вследствие малого объема воды в теплообменнике, возможность гибкого подбора и изменения мощности при необходимости, легкость очистки и обнаружения протечек, невозможность смешивания теплоносителей при разгерметизации контуров (это особенно важно при использовании теплообменника для нагрева санитарной воды в системе горячего водоснабжения). ❏ 1. Большая советская энциклопедия в 30 т., Изд. III. Издво «Советская энциклопедия», 1969–1978 гг. 2. Основы промышленной технологии (словарь-справочник). Учебн. пособие / Л.А. Красов, Красноярский гос. унт, г. Красноярск, 2003. 3. Металлы и сплавы (справочник) / Под ред. Ю.П. Солнцева, НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», Санкт-Петербург, 2003. 4. Химический портал chemport.ru. 5. Свободная энциклопедия wikipedia.org. 6. Портал «Производство металлов» metallize.ru. 7. Портал Виктора Митюшова cncexpert.ru. 8. Портал «Сварка Самара» svarimvse.ru. 9. Сайт u-stal.ru. 10. Сайт ctcbentone.ru.

(0) (21672) (1)

Send to a friend

твитнуть

Классификация теплообменников

Первичный теплообменник для контура отопления в виде змеевика с пластинами
Газовые котлы могут выполнять несколько функций. Главная – обогрев жилища. Однако двухконтурные модели также нагревают воду для разных бытовых нужд: от мытья посуды до ванной. По этому признаку и различают теплообменники.

Первичные

Обслуживает систему отопления. Представляет собой трубу с довольно большим диаметром, изогнутую в виде змеевика в одной плоскости. Чтобы увеличить рабочую поверхность устройства, здесь же размещают пластины разного размера.

Первичный теплообменник подвергается самым высоким нагрузкам. Извне на него действуют продукты сгорания – копоть, грязь, кислотные ангидриды, изнутри – соли, растворенные в теплоносителе. Чтобы снизить износ, деталь покрывают краской и обрабатывают антикоррозийными составами.

Лучший вариант – теплообменник из нержавейки или меди, так как он не подвержен ржавлению и не боится отложения солей.

Вторичные

Вторичный теплообменник для ГВС
Такой теплообменник нагревает жидкость для горячего водоснабжения. Температура его нагрева меньше, но и нагревать воду для бытовых нужд выше +60 С не стоит. Чаще всего это пластинчатая конструкция: собирается из множества пластин с выдавленными ходами, по которым циркулирует водопроводная вода. Многоходовые модели более эффектны, так как в пределах одной пластины жидкость несколько раз меняет направление, то есть находится в ней дольше и прогревается лучше. Изготавливают его из стали, меди, алюминия.

Битермические

Битермические теплообменники при засорении необходимо менять на новые
Представляет собой вставленные друг в друга 2 трубы. По внутренней перемещается теплоноситель, по внешней – вода для ГВС. Жидкость для отопления нагревается в камере сгорания и частично отдает тепло воде для бытовых нужд.

Конструкция гораздо дешевле. Но хотя вода здесь нагревается быстрее, ее объем ограничен. Кроме того, битермический теплообменник очень чувствителен к качеству воды и намного быстрее загрязняется. Чистить прибор недостаточно. Чтобы предотвратить быстрое засорение и вывод из строя, необходимо установить на входе фильтры для воды.

Очистить совмещенный теплообменник как обычный отдельный не удается. При больших отложениях соли или засорении элемент придется поменять.

Какими бывают теплообменники газовых котлов

Теплообменник в газовом котле отвечает за получение тепла для того, чтобы в дальнейшем передать его воде. Если речь идет о двухконтурном котле и его принципе работы, то имеет место наличие первичного и вторичного теплообменника. Первый размещается над горелкой и представлен трубочкой с рёбрами, изогнутой змейкой. Нагретая до нужной температуры вода в теплообменнике продвигается в трёхходовой клапан, после чего поступает в отопительную систему. Вторичный теплообменник представлен целой системой изогнутых волнами пластин, все они совмещены в едином блоке, на котором также располагаются 4 отверстия. Через 2 из них осуществляется проток воды, ещё 2 ответственны за перемещение теплоносителя, который подается в отопительный контур.

Систему двух теплообменников называют сдвоенной. На рынке представлены отопительные приборы, в которых применяется битермический теплообменник. Для него характерна усложненная конфигурация. Для его изготовления применяется медь, сам элемент представлен расположенными друг в друге трубками: по внешней перемещается теплоноситель, внутренняя служит для движения воды, с помощью которой обеспечивается поставка горячей воды.

Оснащенные подобными теплообменниками газовые котлы отличаются сложностью эксплуатации, последняя заключается в затруднительном очищении от накипи. Однако подобные приборы отопления пользуются спросом, так как отличаются небольшими габаритами и очень быстро нагревают воду.

Критерии выбора

Главный параметр теплообменника — его мощность
При выборе устройства учитывают назначение – в данном случае это нагрев теплоносителя, и тип среды – пар, воду, антифриз. Газовый котел обычно работает с водой, но бывают исключения.

Остальные критерии выбора:

Температура теплоносителя на входе и выходе – необходимо рассчитать, какое количество тепла должен получать потребитель. Исходя из этих данных вычисляют мощность теплообменника.
Допустимые потери по давлению – давление воды во время прохождения по теплообменнику снижается. Если оно падает слишком низко, не удается создать столб горячей воды достаточной высоты.
Максимальная рабочая температура – на горелке достигает 600–700 С. Такую температуру выдерживает чугунный и стальной теплообменник, медный с некоторым трудом. Алюминиевую модель использовать запрещается.
Максимальное рабочее давление – не ограничивает выбор конструкции или материала.

Значимым параметром оказываются габариты. При одинаковой эффективности кожухотрубный теплообменник занимает площадь в 3–4 раза больше, чем пластинчатый.

Правильная эксплуатация

Промывку теплообменника проводят в зависимости от жесткости воды
Транспортировка, монтаж и эксплуатация теплообменного устройства подробно описаны в инструкции:

Теплообменник в аппарате размещают так, чтобы к нему был свободный доступ для осмотра и ремонта.
Запуск выполняют при стабильных показателях давления и температуры. Нельзя повышать температуру быстрее, чем на 10 градусов в минуту или увеличивать давление больше, чем на 10 бар в час.
При заполнении водой воздушные клапаны и вентили за теплообменником остаются открытыми. После запуска насоса их закрывают. Таким образом добиваются стабильного давления.
Изменять параметры нагрева нужно плавно. Чем медленнее это происходит, тем дольше прослужат уплотнители и сам теплообменник.
Периодически устройство нужно чистить. Пластинчатый очищают прямо в раме, затем вынимают пластины и промывают. Возможен другой метод: сначала изъятие, а затем очистка пластин. Кожухотрубные чистить не рекомендуют. При сложных засорениях мастер ставит заглушку.
Перед повторным пуском проверяют состояние всех прокладок. Давление и температуру устанавливают как при 1 запуске.

Чтобы избежать отложения солей, на водопроводную трубу перед входом котел ставят фильтр.

Возможные неисправности

Стальные изделия подвергаются коррозии и подлежат замене
Большинство неполадок требует вмешательства специалистов. Некоторые может устранить и пользователь:

Снижение давления – если вызвано загрязнением, достаточно почистить теплообменник. При неправильном подключении к сети нужно сверить подсоединение с чертежом в инструкции.
Снижение КПД – при механическом загрязнении устройство промывают. Если причина в накоплении масла, некондиционных газов, устанавливают дополнительные устройства для их вывода.
Протечка – чаще всего вызвана разложением уплотнителей. Их заменяют.
Смешение рабочих сред – возникает при коррозии пластин или трубок. Пластины можно заменить частично, кожухотрубный теплообменник придется ставить новый.

Пока действует гарантия, запрещается самостоятельно вскрывать теплообменник и выполнять какой-либо ремонт.

Достоинства и недостатки чугунных теплообменников

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав на основе железа и углерода. Из него изготавливают первичные теплообменники в напольных котлах. Чугунные котлы, как правило, одноконтурные. Для изготовления теплообменников обычно используют серый чугун. Свое название он получил благодаря цвету излома. Дело в том, что в расплавленном чугуне углерод находится в растворенном состоянии и равномерно распределяется по всей массе расплава, а затем при медленном охлаждении расплавленного чугуна часть углерода выделяется в виде пластинок графита, что придает излому отливок серый цвет. Заметим, что чем крупнее включения графита, тем ниже прочность чугуна. Содержание углерода в сером чугуне, используемом для изготовления теплообменников, — 3,2–3,5 %.Наличие графита делает чугун довольно хрупким. Сильные механические (в результате неосторожного обращения с котлом) и термические удары (резкие перепады температур, имеющие место, например, при попадании в неостывший теплообменник холодной воды во время подпитки) могут привести к образованию трещин и последующей разгерметизации теплообменника. По той же причине следует избегать значительной разницы температур между подающей и обратной линиями. Чтобы поддерживать необходимую температуры воды на входе чугунного котла, следует предусмотреть байпасную линию между подающей и обратными магистралями с трех- либо четырехходовым смесителем или насосом. Некоторые производители поставляют котлы с уже встроенной в котел системой предварительного смешивания холодного теплоносителя из обратной линии с нагретым.При частой подпитке водой с высокой жесткостью внутри котла образуется накипь, которая приводит к локальному перегреву участков теплообменника и опять-таки к появлению микротрещин. Наличие графитовых вкраплений в чугуне имеет, однако, и положительные стороны. Так, благодаря микропустотам, заполненным графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость (трещиностойкость при циклических нагрузках). Детали, отлитые из чугуна, нечувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях), поэтому форма теплообменника может быть более рельфной, а это увеличивает поверхность теплообмена. Кроме углерода, в сером чугуне всегда содержатся и другие элементы. Важнейшие из них — кремний (1,9–2,5 %), марганец (0,5–0,8 %), фосфор (0,1–0,3 %), сера (< 0,12 %). Примеси оказывают влияние на качество чугуна. Так, кремний, способствуя выделению углерода в виде графита (графитизации), улучшает литейные свойства чугуна и понижает его твердость. Марганец препятствует графитизации и тем самым увеличивает прочность чугуна, способствует отбелу (образованию цементита), часть марганца соединяется с серой. Вместе с тем, если содержание марганца превышает 1,2 %, увеличивается усадка чугуна и повышается его хрупкость. Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна и повышает его хрупкость. Для высокопрочных отливок, подвергающихся ударам, содержание фосфора должно быть не выше 0,15 %. Сера тормозит выделение графита, увеличивает усадку и хрупкость чугуна, а также уменьшает стойкость чугуна к коррозии. В качестве сырья для литья используются железная руда и железный лом (вторичное литье). Чистота и качество чугуна во многом определяются именно содержанием лома. Отливка производится в формы, сделанные из спеченного синтетического песка. В стремлении найти оптимальное соотношение между прочностью и пластичностью каждый производитель разрабатывает свой уникальный состав сплава, основываясь на достижениях металлургической промышленности, результатах собственных испытаний, а также финансовых возможностях завода и потенциальных покупателей. Конечной целью является, естественно, улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение срока службы выпускаемой продукции. Одним из самых распространенных серых чугунов является GG20, его российский аналог — СЧ-20 по ГОСТ 1412–85 (число «20» в маркировке чугуна обозначает величину минимального временного сопротивления при растяжении, измеряемом в МПа ×10–1). Современные марки серого чугуна обладают повышенной пластичностью, большей однородностью структуры, а также высокой сопротивляемостью коррозии и перепадам температур, что существенно увеличивает их эксплуатационный ресурс. Изготовленные из них теплообменники способны прослужить 30–50 лет. Одной из важных особенностей чугуна является его свойство образовывать эвтектику (от греческого «e-utektos» — легко плавящийся). Смысл этого явления заключается в том, что при определенном уровне содержании углерода (и других примесей) в сплаве температура плавления чугуна снижается и становится меньше, чем температура плавления железа и углерода как по отдельности, так и их комбинации в любой пропорции. Это качество чугуна обеспечивает его однородность при переходе из жидкого состояния в твердое после отливки. Для справки: температура плавления чугуна составляет примерно 1200 °С, железа — 1539 °С, углерода — 3500 °С. А значит, производители, утверждающие, что разработали особый чугун, являющийся эвтектическим, немного лукавят. Любой серый чугун по определению является эвтектической системой. Что же касается самого понятия «эвтектический чугун», то в соответствии с научной терминологией серый чугун в зависимости от содержания углерода называется доэвтектическим (2,14–4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3–6,67 %). Отличие до- и заэвтектических сплавов от чистого эвтектического состоит в том, что к началу эвтектической кристаллизации кроме эвтектической жидкости имеются еще и первичные кристаллы. Поскольку используемый для изготовления теплообменников чугун содержит, как уже упоминалось ранее, от 3,2 до 3,5 % углерода, то правильнее будет называть его «доэвтектическим». Производители просто хотят подчеркнуть, что им удалось подобрать очень хороший состав сплава, кристаллизующийся при более низкой температуре, чем у большинства других производителей и имеющий при этом хорошую однородную структуру. Поскольку речь зашла о терминах, хотелось бы остановиться и на таком понятии, как «высокопрочный чугун». Называть серый чугун «высокопрочным» некорректно, поскольку высокопрочный чугун — это отдельный вид чугуна с графитовыми включениями шарообразной формы. Серый же чугун, как мы помним, имеет в своем составе пластинчатый графит. Заметим, что существует еще и третий вид чугуна — белый, содержащий хлопьевидный графит и использующийся для ковки. При изготовлении теплообменников практически никогда не используют сварные конструкции из чугуна. Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. Поэтому чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Вместе с тем серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка), поэтому теплообменники из данного материала изготавливаются методом литья. Отливают их, как правило, не целиком, а отдельными полыми кольцеобразными секциями одинаковой мощности, которые потом стягивают болтами или нанизывают на длинный стержень. Герметичность обеспечиватся за счет уплотнителя, в качестве которого могут использоваться специальный шнур, силиконовая мастика и т.д. Внутренние полости секций профилированы, тем самым обеспечиваются большая площадь теплообмена при небольших габаритах, снижение скорости прохода продуктов сгорания (за счет турбулизации) и исключение напряжений, которые могут возникнуть из-за значительного перепада температур между различными участками конструкции. На внешней, соприкасающейся с дымовыми газами поверхности секции отливают круглые, прямоугольные или квадратные выступы. Расположенные в шахматном порядке, они образуют дымоходный канал сложной формы. Увеличение площади теплообмена и создание турбулентности в движении дымовых газов способствует увеличению теплообмена. Современные чугунные теплообменники делают многоходовыми (в основном с тремя, реже — с двумя или четырьмя проходами дымовых газов), что позволяет достичь высокой эффективности и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Собранные вместе, секции образуют камеру сгорания и несколько каналов для дымовых газов. Иногда в эти каналы помещают дополнительные турбулизаторы из нержавеющей стали. Конструируя секции, производители котлов имеют возможность реализовать довольно сложные схемы движения дымовых газов, в том числе такие, в которых газы проходят одновременно по двум и более параллельным каналам. Существуют модели чугуных котлов, которые оборудованы двумя отдельными котельными блоками, размещенными в од ном корпусе. При этом каждый блок оснащен отдельной горелкой и отдельным теплообменником, а подающая и обратная магистрали у них общие. В результате получается, фактически, каскад из двух котлов. Важную роль играет теплоизоляция теплообменника, направленная на то, чтобы как можно больше тепла было передано теплоносителю и как можно меньше — воздуху в котельной. Секционная конструкция является оптимальной с точки зрения особенностей чугуна. Основные ее преимущества таковы: внутри здания значительно легче перемещать отдельные секции котла, чем котел в сборе, что немаловажно, если учесть существенный вес чугунных теплообменников; секционный котел можно перевозить, а также заносить через узкие дверные проемы и по лестницам в разобранном виде, а собирать непосредственно на месте установки; отпадает необходимость в замене отливочной формы и перенастройке линии на заводе при производстве теплообменников разных мощностей — ведь требуемая мощность достигается добавлением секций; при разгерметизации или появлении деформаций не требуется замены всего теплообменника — достаточно заменить дефектные секции; очистка секционного теплообменника проходит быстрее, проще и эффективнее, что имеет большое значение, поскольку проводить ее нужно регулярно — ведь из-за загрязнения поверхности теплообменника сажей и копотью, а также отложения солей жесткости и грязи на внутренней поверхности змеевика существенно уменьшается теплопроводность стенок теплообменника и затрудняется циркуляция теплоносителя, а следовательно, снижается теплообмен (по этой причине при введении котла в эксплуатацию обязательным условием является наличие фильтра в системе отопления и ГВС); за счет подвижности секций друг относительно друга сборная чугунная конструкция позволяет немного компенсировать отсутствие упругости, одновременно с этим графит, содержащийся в чугуне, обеспечивает высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей и дополнительную смазку поверхностей трения. Одно из положительных качеств чугуна — высокая коррозийная стойкость, обусловленная интересным свойством: в процессе эксплуатации поверхность чугунной топки покрывается так называемой сухой ржавчиной, из-за которой в дальнейшем коррозия практически прекращается. Эта особенность придает чугунным теплообменникам устойчивость к воздействию пламени горелки и агрессивного конденсата, образующегося в начальные моменты периодического запуска котла. Скорость коррозии чугуна в воде и кислотах (а конденсат представляет собой раствор угольной и серной кислот) в 1,5–2 раза меньше, чем у стали. Например, ежедневная коррозия чугуна в 10 % растворе серной кислоты составляет 702 г/м2, в дистиллированной воде — 5,51 г/м2 (у стали эти показатели равны 1474 и 6,15 г/м2 соответственно). Все это позволяет эксплуатировать чугунные котлы даже в низкотемпературных режимах (температура обратной линии ниже 55 °С), когда конденсат образуется регулярно. Для повышения надежности своих котлов некоторые производители применяют двухслойные конструкции (чугун + сталь), препятствующие образованию конденсата. Котлы с чугунным теплообменником обладают хорошей теплоаккумулирующей способностью и большой тепловой инерционностью, благодаря чему на поддержание достаточного уровня тепла требуется меньше топлива. Казалось бы, это несомненно положительное качество. Однако у высокой тепловой инерционности есть и оборотная сторона. Действительно, если на улице потеплело и автоматика отреагировала на это, изменив режим работы горелки, то теплообменник из-за своей массы еще долгое время (2–3 часа) будет оставаться горячим, продолжая нагревать теплоноситель и помещение. Поэтому для котла с чугунным теплообменником следует выбирать автоматику, способную реагировать на изменение температуры заблаговременно (заранее включать котел, выключать насосы через определенное время после выключения горелки и т.д.).Серый чугун используется для изготовления напольных котлов средней ценовой категории мощностью до нескольких мегаватт. Котлы большой мощности обычно все же изготавливают из стали: из-за значительного веса чугунный котел малотранспортабелен, кроме того, для него требуется усиленный пол или фундамент. По той же причине не используется чугун и для изготовления настенных котлов чугун: они слишком тяжелы для монтажа на стене. При проектировании котельной необходимо учесть вес котла, чтобы пол в котельной смог выдержать нагрузку.

Напольный газовый котел с чугунным теплообменником