Гидрострелка для твердотопливного котла: Гидрострелка для твердотопливного котла

Гидрострелка для отопления из полипропилена своими руками, расчет, устройство, схема, обвязка гидрострелки с котлом

О гидравлических разделителях для отопления на просторах интернета в буквальном смысле ходят легенды. Им приписывают множество «чудодейственных» свойств и функций. Но цель данной статьи – не развенчание мифов, а пояснение истинного назначения этого отопительного элемента и принципа его работы. Также любителям систем из ППР мы расскажем, как рассчитывается и устанавливается гидрострелка из полипропилена и можно ли ее сделать своими руками.

Для чего нужна гидрострелка

Если у вас в доме планируется монтаж простой системы отопления закрытого типа, где задействовано не более 2 циркуляционных насосов, то гидравлический разделитель вам точно не понадобится.

Когда контуров и насосов – три, при этом один из них предназначен для работы с бойлером косвенного нагрева, то и здесь можно обойтись без гидрострелки. Задуматься о разделении отопительных контуров надо в ситуации, когда схема выглядит следующим образом:

Примечание.
Здесь показаны 2 котла, работающих в каскаде. Но это не принципиально, котел может быть и один.

В представленной схеме гидрострелки нет, но без ее монтажа тут явно не обойтись. Есть 4 контура, в которых действует столько же насосов разной производительности. Самый мощный из них создаст в подающем коллекторе разрежение, а в обратном – повышенное давление. При одновременной работе насосу меньшей производительности просто не хватит сил на преодоление этого разрежения и он не сможет отобрать теплоноситель на свой контур. По итогу ветвь не будет функционировать, поскольку насосы мешают друг другу.

Важно. Даже если паспортная производительность насосных агрегатов одинакова, то гидравлическое сопротивление ветвей всегда будет разным. Соответственно, реальный расход теплоносителя в каждом контуре все равно отличается, идеально выверить систему невозможно.

Чтобы устранить перепад давления ΔР, возникающий между коллекторами и дать возможность всем насосам спокойно отбирать нужное количество теплоносителя, в схему включается гидрострелка. Она представляет собой полую трубу расчетного сечения, чьей задачей является создание зоны нулевого давления между теплогенератором и несколькими потребителями. Как действует этот элемент в схеме обвязки котла, описано в следующем разделе.

Схема обвязки с котлом

Чтобы понять, как работает гидрострелка в системе отопления с несколькими контурами, мы предлагаем изучить схему ее обвязки с котлом, представленную ниже:

Теперь оба коллектора связаны между собой перемычкой, уравнивающей давление в подающей и обратной магистрали. Благодаря этому в каждый контур поступит столько теплоносителя, сколько нужно. При этом важно обеспечить такой же расход теплоносителя со стороны теплогенератора, иначе его температура на стороне потребителей может стать недопустимо низкой.

В интернете очень популярна схема гидрострелки (показана выше), изображающая 3 рабочих режима:

суммарный расход теплоносителя в контурах потребителей и со стороны котла одинаков;
отопительные ветви отбирают большее количество воды, чем ее обращается в котловом контуре;
расход в кольце со стороны теплогенератора больше.

В действительности у гидрострелки режим работы один-единственный, он изображен на схеме под номером 3. Добиться идеального режима (№1) невозможно, так как гидравлическое сопротивление ветвей потребителей все время меняется из-за работы термостатов, да и подобрать так точно насосы нереально. По схеме №2 действовать нельзя, потому что тогда большая часть теплоносителя станет обращаться по кругу со стороны потребителей.

Это приведет к понижению температуры в системе отопления, ведь со стороны котла в гидрострелке будет подмешиваться мало горячей воды. Чтобы поднять эту температуру, придется выводить теплогенератор на максимальный режим, что не способствует стабильной работе системы в целом. Остается вариант №3, при котором в коллекторы идет достаточное количество воды требуемой температуры. А уж понизить ее в контурах – задача трехходовых клапанов.

Функция гидрострелки в системе отопления лишь одна – создание зоны с нулевым давлением, откуда смогут отбирать теплоноситель любое число потребителей.

Главное, — обеспечить необходимый расход со стороны источника тепла. Для этого реальная производительность котлового насоса должна быть немного больше суммы расходов на всех ветвях потребителей. Подробнее обо всех нюансах рассказано и показано на видео:

Схема изготовления гидрострелки с коллектором

Прежде чем купить гидрострелку или приступить к ее изготовлению своими руками, не помешает изучить устройство данного элемента. Оно очень простое: полая труба круглого или прямоугольного сечения снабжена несколькими патрубками с разных сторон для присоединения к отопительной сети. Причем патрубки для подключения подачи расположены, как правило, в верхней части трубы, а обратки – в нижней.

Примечание. Указанный способ подключения актуален при вертикальном монтаже гидрострелки. В то же время ее можно устанавливать и в горизонтальном положении.

Чаще всего для отопления применяется гидравлический разделитель, чье устройство предусматривает установку коллектора. Они даже продаются одним комплектом, а изготавливаются из таких материалов:

низкоуглеродистая сталь;
нержавеющая сталь;
из полипропилена.

Существуют и более сложные модели, оборудованные не только воздухоотводчиком и сливным штуцером, но и гильзами для присоединения контрольных приборов и датчиков, а также различными сеточками и пластинами. Они служат для очистки теплоносителя и разделения потоков. Подобная гидрострелка, чье устройство изображено на чертеже, имеет приличную стоимость и требует периодического обслуживания:

Среди домашних мастеров принято делать гидрострелку из металлической трубы, но в силу немалой популярности и дешевизны полипропилена эта тенденция меняется. Ведь даже изготовленный из ППР элемент вместе с коллектором стоит немалых денег. Поэтому все чаще люди предпочитают сделать разделитель из полипропилена в домашних условиях, чем покупать его в магазине. Для этого нужна ППР труба соответствующего диаметра, тройники по числу будущих патрубков и 2 заглушки.

Поскольку диаметр трубы для изготовления гидрострелки довольно велик, то потребуется приобрести к сварочному аппарату соответствующую насадку, а при пайке выдержать достаточный промежуток времени. В принципе, сложного ничего нет, тройники соединяются между собой отрезками труб, а с торцов ставятся заглушки. Другое дело, что подобный разделитель может выглядеть не очень эстетично, да и не во всякой системе его можно эксплуатировать.

Дело в том, что теплогенераторы на твердом топливе часто могут выходить на максимальный режим работы, при котором температура воды близка к 90—95 °С. Конечно, полипропилен ее выдержит, но в нештатной ситуации (например, когда отключат электричество) температура на подаче может резко подскочить и до 130 °С. Это случается из-за инертности твердотопливных котлов, поэтому вся обвязка к ним, включая гидрострелку, должны быть металлическими. Иначе вас ждут плачевные последствия, как на фото:

Расчет гидрострелки

Разделитель для любой отопительной системы подбирается либо изготавливается по 2 параметрам:

число патрубков для подключения всех контуров;
диаметр либо площадь поперечного сечения корпуса.

Если количество патрубков подсчитать нетрудно, то для определения диаметра необходимо произвести расчет гидрострелки. Он производится через вычисление площади поперечного сечения по следующей формуле:

S = G / 3600 ʋ, где:

S – площадь сечения трубы, м2;
G – расход теплоносителя, м3/ч;
ʋ — скорость потока, принимается равной 0.1 м/с.

Для справки. Столь невысокая скорость течения воды внутри гидравлического разделителя обусловлена необходимостью обеспечить зону пpaктически нулевого давления. Если скорость увеличить, то возрастет и давление.

Значение расхода теплоносителя определяется ранее, исходя из потребной тепловой мощности отопительной системы. Если вы решили подобрать или купить элемент круглого сечения, то произвести расчет диаметра гидрострелки по площади сечения достаточно просто. Берем школьную формулу площади круга и определяем размер трубы:

D = √ 4S/π

Выполняя сборку самодельной гидрострелки, надо расположить патрубки на определенном расстоянии друг от друга, а не как попало. Ориентируясь на диаметр подключаемых труб, вычисляют расстояние между врезками, пользуясь одной из схем:

Заключение

Планируя установить гидравлический разделитель, важно понимать, когда он нужен, а когда нет. Ведь подобное оборудование значительно повысит стоимость монтажа вашей системы. Что касается идеи поставить либо сделать гидрострелку из полипропилена, надо уяснить, что ее совместное использование с твердотопливным котлом невозможно. Спаять же ее из трубы и тройников ППР для специалиста не составит труда.

Как подобрать гидрострелку для системы отопления?

Гидравлическая стрелка — это устройство, которое устанавливается между циркуляционными контурами источников и потребителей тепла.

Гидравлическая стрелка гасит скорость теплоносителя, и, таким образом, создает ситуацию, когда циркуляция насосов потребителей тепла не переходит в котловой контур циркуляции тепла, и наоборот. Теплоноситель беспрепятственно переходит из одного контура в другой, просто в гидравлической стрелке его скорость резко падает, и его отбирает тот контур, в котором работает (-ют) насосы.

Гидравлическая стрелка устанавливается в отопительных установках, которые имеют котлы с мощной самодиагностикой, с высокой теплонапряженостью топки, несколько котлов. Для подбора гидрострелки в котельную установку, необходимо расчитать номинальный оборот теплоносителя. Расчет оборота теплоносителя осуществляется по формуле:

G = (N x 0,86) / Δt

Схема подключения гидравлической стрелки
(нажать для увеличения)

G — максимальный часовой расход отопительной воды [м³/ч]
N — номинальная мощность котельной установки [кВт]
Δt — температурный перепад между подающей и обратной линиями [°С]

Пример:
Мощность котельной установки — 68 кВт.
Определим максимальный часовой расход:
G = 68 кВт x 0,86 / 20°С = 2,9 м³/ч

Используем таблицу подбора гидравлических стрелок Meibes.

Итак, по нижеприведенному перечню гидрострелок, нам подойдет гидрострелка Meibes MHK 32 с максимальным расходом 3,0 м³/ч.

Наименование	Расход теплоносителя, м³/ч	Максимальная мошность на Δt = 20°С, кВт
MHK 25	2,0	46,0
MHK 32	3,0	70,0
для V-UK / V-MK	4,5	105,0
HZW 50	6,0	135,0
HZW 80	12,0	280,0
HZW 100	30,0	700,0
HZW 150	50,0	1150,0
HZW 200	100,0	2300,0

Гидроразделитель

Нужна ли гидрострелка (гидроразделитель) для настенного котла, если он греет одни радиаторы, а горячая вода от второго контура?

Ответ простой: Ненужна!

Вы решили скомбинировать 2 котла например:

Газовый и электрический или

Твёрдотопливный и электрический чтобы они работали в паре (электрокотёл на подхвате)

Тут вам без гидрострелки не обойтись, каждый котёл имеет свой насос и чтобы они не конфликтовали между собой их надо гидравлически разделить на три кольца.

Между первым котлом и разделителем

Между вторым котлом и разделителем

Между радиаторами и разделителем.

А также если у вас один котёл, но потребителей больше одного

Радиаторы и тёплый пол и ещё бойлер косвенный,

То тут гидрострелка придётся как нельзя кстати

Она обеспечит минимальное сопротивление циркуляции через котёл.

При разном или минимальном разборе тепла на коллекторе

Подача беспрепятственно вернётся в котёл.

Можно также ограничится одним кольцевым коллектором на 2-3-4 выхода,

Который успешно выполнит роль гидрострелки и коллектора в одном, и

Значительно удешевит конструкцию.

Мини Гидроразделитель (гидрострелка)

для соединения в систему отопления одного или двух котлов общей мощностью до

90кВт

например:

твёрдотопливного и электрического итд.

Стальная конструкция сварена из профильной трубы, окрашена в серый цвет.

ГИДРОСТРЕЛКА

(гидравлический разделитель, гидроразделитель) используется в системах отопления при монтаже между котлом и параллельным коллектором для выравнивнивания гидравлического сопротивления в системе, а также для соединения 2х котлов Считается, что при включении в систему гидрострелки котёл работает мягче и легче. Многие прооектировщики утверждают что гидрострелка необходима только при использовании в крупных котельных начиная с 80 кВт, а для меньшей мощности от 30 кВт подойдёт кольцевой гидроколлектор или

мини гидроразделитель до 40 кВт.

Также существуют коллекторы с гидрострелкой в одном корпусе, это значительно удешевляет конструкцию и упрощает монтаж.

Грамотная, экономичная работа системы отопления целиком и полностью зависит от грамотного и правильного распределения теплоносителя по системе отопления, правильного выбора скорости течения в гребёнке и гидрострелке.

Иногда гидрострелку называют — гидравлический разделитель, гидроразделитель, бутылка, термогидравлический распределитель, гидрораспределитель, ГС, гидравлическая стрелка. Все эти названия об одном и том же оборудовании для обвязки котла.

Гидрострелка представляет собой некую вертикальную емкость с сечением в виде окружности или квадрата. Гидрострелка обычно имеет 4 рабочих патрубка. 2 напротив друг друга или со смещением вверху и 2 напротив друг друга или со смещением внизу.

Также гидрострелки бывают разной мощности небольшие от 40 — 85 — 300 кВт и до нескольких Мегаватт.

Также есть специальные гидрострелки для объединения двух или более теплогенераторов-котлов.

гидроразделитель своими руками

Как работает гидроразделитель (гидрострелка)

Гидрострелка СК-25-02 в изоляции, 2301073

Гидрострелка СК-25-02 в изоляции

Гидрострелка СК-25-02 (гидравлический уравнитель) в изоляции – это очень нужный элемент в системе отопления который, служит для гидравлического уравнения, в помещениях где, есть сложная система обогрева с несколькими контурами.

Функции, которые гидрострелка выполняет в системе отопления

Автоматическая балансировка системы, которая обеспечивает необходимым количеством теплоносителя каждый контур, без влияния друг на друга.
Стабилизирует перепады давления – эта функция позволяет котлу работать с постоянными, оптимальными параметрами – это значить что, повышается срок службы, работы котла и существенно экономит топливо.
Удаления из теплоносителя растворенных газов и шлама. Исполняет функцию мусорного накопителя.

Конструкция Гидрострелки

Принцип работы и конструкция гидравлического уравнителя СК-25-02 – достаточно простой и понятный. Обычно гидрострелка изготавливается с четырьмя попарно расположенными патрубками, воздухоотводчиком с одного торца, а с другого кран для слива шлама.

Другими словами – это специальная вертикальная труба либо короб-труба с четырьмя отводами, которая оборудована автоматическим воздухоотводчиком и шаровым краном.

Подобная конструкция позволяет теплоносителю в системе свободно перемещаться между всеми четырьмя присоединительными патрубками. Принцип работы гидрострелки широко применяются в отопительных системах из-за их многофункциональности.

Как работает гидрострелка?

Чтобы понять принцип работы системы с применением гидрострелки важно понимать, почему и для чего она была сделана. Рассмотрим работу системы отопления без гидравлического уравнителя (гидрострелки).

На данной схеме приведены разные подсистемы отопления (Н), такие как теплый пол, бойлер и отопление. Как видно из схемы – все теплопотоки связаны с центральным котлом, а значит, и регулировать их нужно именно через него, а значим все сразу. Помимо этого, переключение и отключение разных элементов – негативно сказывается на работе самого котла, создает возможность перегрева и закипания теплоносителя вплоть до выхода их строя всей системы.

И это проблемы, которые происходят при идеально сбалансированных комплектующих и насосов, что бывает крайне редко. Обычно к перечисленному списку добавляется скачкообразный, врущий расход топлива, неравномерное нагревание, перетягивание теплоносителя подсистемой с более сильным насосом, отсутствие гидравлического баланса.

А вот так выглядит схема работы системы отопления с гидрострелкой

Фактически гидрострелка устраняет множество проблем перечисленных выше за счет исключение взаимовлияния теплопотоков и смягчения неравномерной нагрузки на центральный котел. Постоянный выверенный расход теплоносителя, система контроля и регулировки каждого насоса и очистительные элементы в гидравлическом уравнителе – делают вашу систему качественней, дешевей и работать дольше.

Преимущества гидрострелок в изоляции

высокоэффективная работа
надежность и долговечность
приемлемая цена

Все это достигается благодаря применению качественных материалов и современного оборудования на производстве, специальной антикоррозийной обработке.

Для качественной и правильной работы системы отопления необходимо надежное устройство. Вся продукция, которая поступает в компанию «SvitTepla» проходит обязательный контроль качества и сертификацию по самым современным и требовательным стандартам. Гидрострелки (гидравлические уравнители) можно купить в интернет-магазине «SvitTepla», правильно подобрать гидрострелку Вам помогут и дадут профессиональную консультацию менеджеры нашей компании.

принцип работы, назначение, схема и расчет

Если обогрев небольшого частного строения производится котлом по простейшей схеме (однотрубной), то при грамотном монтаже каких-либо неудобств собственник не испытывает. Но если речь заходит о домах в 2, а то и 3 этажа, с множеством комнат и контуров (например, бойлера, теплых полов, бассейна), то возникает ряд проблем, связанных с разбалансировкой системы. Решить их только настройками агрегата невозможно. Поэтому при организации отопления во многих случаях без гидрострелки не обойтись. К сожалению, не все знают, что она собой представляет, хотя именно это устройство бывает просто незаменимо для сложных схем.

Что такое гидрострелка? Металлический цилиндр (или изделие квадратного сечения) с несколькими присоединительными патрубками. С одной стороны – для котельного оборудования (выход и вход), с другой – для контуров системы отопления. По сути – это разделитель потоков воды, поступающих в гидрострелку с разных направлений. В зависимости от количества «петель» и подбирается соответствующая модель устройства.

В нижней части корпуса устройства – вентиль, через который удаляется мусор, занесенный из системы отопления, в верхней – клапан-автомат для стравливания из нее воздуха. Отсюда и требования к монтажу «разделителя»; установка только в вертикальном положении.

Когда целесообразно монтировать гидрострелку? По данному вопросу лучше консультироваться с профессионалом. Но основные моменты знать следует.

При большом количестве обогревательных приборов (радиаторов) и сравнительном малом внутренним контуром котельного агрегата. Такое несоответствие не редкость в домах, где хозяин предпочитает делать все сам – и схему составлять, и подбирать необходимое оборудование и материалы. Как правило, добиться сбалансированности системы в подобной ситуации без гидрострелки практически невозможно. Но и это не все. Насос в таких условиях долго не проработает, а «разделитель» позволяет продлить его ресурс.
Если вторичный контур системы отопления состоит из нескольких «петель». О них выше сказано – теплые полы (к тому же в двух-трех, а то и более помещениях) и так далее. При отключении хотя бы одной «нитки» в результате разбалансировки, вызванной разницей в расходе теплоносителя и температурным режимам. Как следствие – скачки температуры и давления. Это крайне негативно сказывается на функционировании котельного оборудования и снижает срок его безремонтной эксплуатации. То есть гидрострелка еще и защищает агрегат от «теплового удара».

Более того. Например, для теплых полов часто устанавливаются смесительные узлы (подробнее о них на этой странице). В каждом – свой насос. Гидрострелка нивелирует их возможное «противодействие» перекачивающему устройству отопительного агрегата, оптимизируя работу контуров, и позволяет более равномерно распределять теплоноситель по «ниткам».

При монтаже отопления по каскадной схеме, то есть с включением в систему обогрева частного дома нескольких маломощных котлов. Об этом подробнее можно узнать здесь.

В строениях, обогреваемая площадь которых превышает 180±20 м² (в зависимости от схемы отопления).

Преимущества систем с гидрострелкой

Равномерность прогрева всех контуров и связанных с ними приборов, что позволяет эксплуатировать котел в наиболее благоприятном для него режиме, без лишней нагрузки. Это возможно благодаря тому, что в «разделителе» естественным образом происходит конвекция. Не вдаваясь в суть процесса, достаточно отметить, что теплоноситель с более высокой температурой направляется вверх, с менее – вниз. Следовательно, организовав грамотное подключение «петель» вторичного контура к гидрострелке, можно добиться оптимизации работы всей отопительной системы и котельного оборудования. К примеру, «горячую» воду направить к бойлеру, «холодную» – на теплые полы.

Как следствие – некоторая экономия на топливе, так как гидрострелка оптимизирует его расход.
Повышение КПД отопительного агрегата.
Более простое решение проблемы с ремонтом в отдельно взятой «петле». При установке в схему гидрострелки отключение любой из них не сказывается на работе всей системы.
Получение дополнительных «точек» выведения из нее воздуха и удаления шлаков. При большом протяжении линии – более чем актуально.

Минусы

Насколько они значимы, решать придется самостоятельно, но отметить стоит.

Гидрострелка монтируется только в системах с циркуляцией теплоносителя принудительного типа, то есть там, где есть водяной насос. Следовательно, такое устройство подходит не для всех котлов и схем.
При подключении дополнительных «ниток» (кроме основной, отопления) необходимо на каждой из них устанавливать отдельный насос.

Разновидности гидрострелок

Независимо от модификации, они выполняют одну функцию и их монтаж в схеме отопления идентичен. Отличия между «разделителями» всего по нескольким параметрам.

Материалу. Сталь, медь, высокопрочный пластик (для систем с котлом не более 35 кВт).
Расположению патрубков (по оси, со сдвигом).
Объему цилиндра.

Если просмотреть форумы тематики отопление, дом, инженерные системы и сходные с ними, то большинство профессионалов отмечает высокое качество немецких гидрострелок «Майбас». Большой сортамент позволяет подобрать устройство для любой отопительной системы, в том числе, смонтированной и по каскадной схеме. Подробнее о «разделителях» от этого производителя и ценах на приборы – здесь.

Выводы

1.При организации отопительной системы частного строения во многих случаях желательно монтировать гидрострелку. Преимущества данного решения отмечены выше.

2.При выборе модификации этого устройства целесообразно проконсультироваться с профессионалом. Самостоятельные расчеты приводят к ошибкам, которые нивелируют всю пользу от установки «разделителя». То есть утрачивает смысл само приобретение гидрострелки.

Что необходимо определить

Диаметры цилиндра (пропускная способность) и присоединительных патрубков.
Количество последних (от вторичного контура), расстояния между ними.
Оптимальное место расположения гидрострелки в схеме.

Исходные данные

Мощность отопительного агрегата.
Теплоемкость воды (или иного теплоносителя).
Ее расход.
Разница температур (вход/выход) и еще ряд параметров, в зависимости от сложности схемы.

Не имея профильного образования, вряд ли можно правильно выполнить все расчеты. Это еще раз подтверждает мысль, отмеченную выше, что выбор гидрострелки – вопрос весьма специфический. Рекомендации менеджера в магазине, который не знает всех особенностей конкретной системы и характеристик отопительного котла, вряд ли будут предельно точными. Необходим грамотный инженерный расчет, с учетом множества факторов. Иначе покупка «разделителя» станет совершенно бесполезным приобретением.

Собственникам частных строений, расположенных в Подмосковье, готова оказать практическую помощь «АЛЬФАТЭП». Компания не первый год занимается проектированием систем отопления, продажей и монтажом соответствующего оборудования. Нужно лишь позвонить на номер ее телефона 8 (495) 109-00-95, и сотрудники дадут профессиональный совет, касающийся специфики применения гидрострелки и выбора оптимальной модели устройства. По желанию клиента, сами же его доставят по указанному адресу и смонтируют.

для отопления, гидроразделитель в системе из полипропилена, чертежи гидравлического

Чтобы правильно сделать гидрострелку своими руками, следует тщательно изучить теорию Гидроразделитель используется для разных систем отопления и для теплого пола. Стрелки могут быть полипропиленовые или металлические. Выбор основывают на мощности котла. Можно приобрести гидрострелку в специализированном магазине и изготовить.

На чем основывается работа гидрострелки и что она собой представляет

Гидрострелка представляет собой простой прибор. Это труба с шестью патрубками. Часто гидрострелку называют гидротерморазделителем. Материал изготовления прибора – сталь. Данную деталь можно сделать своими руками, но лучше приобрести уже готовый вариант. Габариты конструкции зависят от мощности системы отопления.

Конструктивные элементы гидрострелки:

Две трубки для подачи;
Две трубки вывода;
Труба для отвода воздуха;
Сливной патрубок.

Подача и вывод размещены с левой и правой стороны трубы. Отвод воздуха обычно монтируется сверху. Слив устанавливается снизу. Внутри труба не имеет никаких дополнительных элементов.

Воздухоотводчик лучше выбирать автоматический, но можно смонтировать и кран Маевского. Но тогда придется периодически спускать воздушные пробки.

При подключении гидрострелки следует выполнять все согласно инструкции

Для удаления грязи в конструкции предусмотрен слив. Сечение гидрострелки может быть круглым или квадратным. Трубок при этом может быть и больше шести. Определенные модели имеют в своей конструкции манометр. Он показывает давление в системе.

Как сделать гидрострелку своими руками: изготовление поэтапно

При желании можно сделать гидрострелку своими руками. Главное правильно выполнить расчетные работы. Также потребуются навыки газовой и электросварки.

Определение размеров гидрострелки:

Для определения внутреннего размера потребуется сумму всех мощностей разделить на разницу температур подачи и обратки. Из полученной суммы потребуется вычислить квадратный корень. Полученное число нужно умножить на 49.
Высоту конструкции определяют путем умножения внутреннего диаметра на шесть.
Расстояние между трубками определяется умножением внутреннего диаметра на два.

Основываясь на расчетах, необходимо сделать чертежи конструкции. Дальше потребуется подготовить стальную трубу круглого или квадратного сечения, которая соответствует данным параметрам. Затем к трубе привариваются патрубки.

Не советуется изготовлять гидрострелку из полипропилена. Такой материал может не выдержать высоких температур от котла.

При большой площади дома установка гидрострелки считается обязательно. Такое устройство достаточно просто сделать своими руками, ведь конструкция не имеет никаких сложностей. Но всегда можно приобрести готовую гидрострелку.

Схема гидроразделителя в системе отопления с коллектором

Для начала потребуется изучить конструкцию гидрострелки. Устройство прибора достаточно простое. Гидрострелка представляет собой трубку с несколькими патрубками. При этом трубки подачи размещены сверху, а отвода снизу.

Благодаря схеме гидроразделителя в системе отопления можно понять, как выполняется подключение

Указанный способ подключения подходит для вертикального монтажа гидрострелки. Но прибор можно установить и горизонтально.

Чаще всего для отопления применяют гидравлический разделить. Его устройство подразумевает установку коллектора. Часто они продаются одним комплектом.

Материалы изготовления гидрострелки:

Сталь;
Нержавейка;
Полипропилен.

Некоторые гидрострелки имеют более сложную конструкцию. Они могут быть оборудованы дополнительными датчиками, сеточками и пластинами. Это своеобразный фильтр системы.

Самостоятельно изготовить гидрострелку можно из стали. Но в силу дешевизны и доступности все большую популярность набирает полипропилен. Для прибора потребуется трубка, тройник для патрубков и заглушки.

Из-за большого диаметра трубы для сварочного аппарата нужна специальная насадка. Во время самого процесса пайки следует соблюдать определенные временные промежутки. Ничего сложного в процессе изготовления нет. Тройники соединяются отрезками труб и устанавливаются заглушки.

Создание деталей из полипропилена: особенности

Детали из полипропилена котла могут функционировать при температуре не выше 175 градусов. Именно поэтому можно не переживать, что элементы пострадают. Можно выполнить установку пластиковой гидрострелки.

Детали из полипропилена хорошо выдерживают высокие температуры

Плюсы установки гидрострелки из полипропилена:

Благодаря гладеньким стенкам конструкции теплоноситель движется максимально плавно. А если у котла небольшая мощность, то быстрое движение уменьшает теплопотери.
Полипропилен можно окрасить в любой цвет.
Более дешевый вариант, чем металлические аналоги.
Не поддается коррозии и порчи.
Может работать с котлами небольшой мощности.

Но у полипропиленовых гидрострелок есть и минусы. Такие изделия нельзя использовать для твердотопливного котла. Чем выше мощность отопительного оборудования, тем меньше прослужит гидроколлектор. Из-за большого давления происходит быстрый износ деталей. Монтаж устройства предусматривает использование специальных инструментов. Качество подключения гидрострелки определяет и дальнейшую работу устройства.

Как сделать гидрострелку своими руками (видео)

Разделить контура представляет собой простую конструкцию из трубки и шести патрубков. Изготовление элемента своими руками достаточно простое. Единственное, что может понадобиться – умения сварки.

Примеры гидросрелки (фото)

Добавить комментарий

Принцип работы гидрострелки в системе отопления

Гидрострелка ( гидравлический разделитель ) – устройство, предназначенное для разделения потоков теплоносителей контура котла (котлов) и контуров потребления теплоты в системе отопления. Принцип его работы основан на обеспечении независимости работы отопительного оборудования. Материал публикации рассмотрит вопросы необходимости применения, общее устройство и методики расчета гидрострелки.

Для чего применяется гидрострелка

Гидравлический разделитель — гидрострелка

Необходимость применения гидравлического разделителя обусловлена различием гидродинамических режимов работы отопительного оборудования. Используют гидрострелку в системах отопления, имеющих различные комплексы потребления тепла. Чаще всего выделяют три направления распределения теплоты:

Радиаторное отопление;
Система водяных теплых полов;
Бойлер косвенного нагрева.

Все указанные системы имеют различный режим работы. Радиаторное отопление работает в основном в стабильном режиме. При наличии автоматических терморегулирующих устройств на приборах отопления расход теплоносителя может меняться.

Система «теплый пол» работает по обособленной схеме в низкотемпературном режиме. Регулирование происходит на первом этапе с помощью термостатического смесителя, далее возможно регулирование контуров балансировочными вентилями. Кроме этого, теплые полы имеют собственный насос и значительное гидравлическое сопротивление.

Бойлер ГВС работает в циклическом режиме, имеет наименьшее сопротивление. Как правило, оснащается циркуляционным насосом.

Разнообразие гидравлических и температурных режимов работы не позволяет обеспечить стабильную работу всего комплекса в целом. Насос, встроенный в котел или смонтированный отдельно, не может обеспечить равноценные условия работы для всех ветвей системы. Чаще всего просто не хватает мощности для преодоления гидравлических сопротивлений трубопроводов и приборов системы.

Насос естественным образом будет осуществлять циркуляцию по пути наименьшего сопротивления – через бойлер. Следующей ветвью (при отключении бойлера) будут радиаторы. Обеспечить необходимым количеством теплоносителя теплые полы становится труднее всего.

Режим работы котла в такой системе приобретает скачкообразный характер, что негативно сказывается на всем оборудовании.

Решить проблему установкой более мощного насоса удается с трудом. При мощном насосе теплоноситель преодолевает теплообменник котла, не успевая качественно получать теплоту. При этом увеличивается расход электроэнергии (на работу насоса), повышается потребление топлива из-за некачественного отбора теплоты сгорания.

При работе нескольких котлов в каскаде также возникает рассогласование режимов работы автоматики и циркуляции теплоносителя.

Котлы, оснащенные чугунными теплообменниками топок, крайне негативно реагируют на резкие температурные перепады. Это обусловлено физическими свойствами чугуна. Многие производители ставят обязательным условием применение гидрострелки, в ином случае они снимают гарантийные обязательства на свои изделия.

Решением всех этих технических трудностей является установка в систему гидравлического разделителя (гидрострелки).

Устройство и принцип действия гидрострелки

Классическое устройство гидрострелки – полый сосуд, имеющий две пары патрубков. Первая пара служит для подключения котла (или каскада котлов), вторая – для присоединения системы потребления. Внутренний объем сосуда круглого или прямоугольного сечения служит зоной гидравлического разделения, разряжения и смешивания потоков разнотемпературных теплоносителей.

В верхней части устройства устанавливают воздухоотводчик, нижняя служит грязеуловителем. В гидрострелке циркулирует два потока теплоносителя – поток котлового (первичного) контура и поток системы потребления (вторичного контура). При различных режимах работы оборудования величина потоков меняется. Происходит либо прямая подача от котла, либо смешивание потоков с разной температурой.

Гидрострелка подбирается из расчета снижения скорости теплоносителя до диапазона 0,1 – 0,2 м/с. Прим этой скорости практически отсутствует гидравлическое сопротивление, гидродинамический режим принимает ламинарный характер, происходит наиболее качественный тепломассообмен между контурами.

Контур циркуляции котла практически не зависит от вторичного контура, режим работы котла приобретает стабильный, ровный характер. Вторичный контур получает теплоноситель с равной температурой для всех ветвей, необходимое его количество отбирается собственными насосами.

Отключение, изменение режима работы любой зоны отопительного оборудование приобретает лишь косвенное влияние на работу котла и системы в целом. Обеспечивается гидравлическое разделение, снижающее нагрузку на теплогенератор, отопительные приборы, насосное оборудование, коммуникации.

Гидравлический разделитель имеет три режима работы:

Режим 1. Прямой тепломассообмен потоков теплоносителя первичного и вторичного контура. Стабильная тепловая нагрузка потребления равна постоянному значению тепловой мощности котлоагрегата. Смешивания теплоносителей практически не происходит, движение приобретает ламинарный режим, происходит отделение воздуха, примесей и так далее. Режим работы котла – постоянный, на средней нагрузке.

Режим 2. Котел работает с максимальной нагрузкой, при этом не может обеспечить все потребности системы. Происходит полная передача потока из первичного контура котла с подмешиванием воды из обратки вторичного контура. При этом общая температура снижается для всех потребителей.

Режим 3. Оптимальный режим работы характеризуется наличием необходимой тепловой мощности котла, обеспечением экономного, «щадящего» режима работы. В этом режиме происходит смешивание прямого и обратного потоков первичного контура, температура поднимается. Котел останавливается при достижении заданной температуры, режим его работы приобретает циклический характер.

Гидравлический разделитель имеет и более сложные конструктивные конфигурации. Устройство оснащается сетчатыми элементами в верхней зоне для качественного отделения воздуха. Внутри изделия выполняются перфорированные перегородки вертикального или горизонтального направления для более эффективного разделения потоков.

Гидрострелки часто комбинируются с распределительными коллекторами. При этом коллекторы иногда входят в конструкцию моноблока, могут подключаться независимые.

Производятся изделия в виде комбинации разделителя и коллектора. При этом реализуется зонный температурный отбор теплоносителя для различных отопительных блоков.

Расчет гидравлического разделителя

Существует большой ряд типоразмеров гидрострелок. Подбор устройств производится по расчетным показателям. При этом диаметр патрубков первичного контура должен соответствовать диаметру патрубков котла. При подключении каскада котлов сечение патрубков гидрострелки должно быть не менее суммы сечений патрубков котлов.

Основная формула, применяемая для расчета диаметра сосуда разделителя:

D = 47 √ (P/∆t), где

P – тепловая мощность котла, кВт;

∆t – разница температур между подачей и обраткой, для автономных систем принимается 10⁰С.

Формула справедлива для движения теплоносителя со скоростью 0,15 м/с. Для режимов движения 0,1 и 0,2 м/с поправочные коэффициенты составляют соответственно 54 и 40.

Далее применяется правило 3d = D. Расчетный диаметр патрубков равен величине D/3. Расстояние между патрубками, от патрубков до верхней и нижней точек гидрострелки также должно составлять не менее 3d.

Также гидрострелку подбирают по гидродинамическим характеристикам (производительности) насосов обоих контуров. Формула расчета:

D = 60 √(∑ Q_СО – Q_К), где

∑ Q_СО– суммарная производительность циркуляционных насосов вторичного контура;

Q_К – производительность котлового насоса, м³/час.

Дальнейший расчет производится по правилу 3d = D.

Применение гидрострелки в многоконтурной системе отопления – качественное техническое решение. Принцип работы и устройство гидравлического разделителя позволяют обеспечить стабильный как в гидравлическом, так и в температурном плане режим работы оборудования. Отсутствие предельных нагрузок, скачкообразного режима позволят отопительному оборудованию работать без неполадок длительное время.

(Просмотров 1 130 , 3 сегодня)

Гидравлические сепараторы

Правильно организованная система отопления обеспечивает комфорт человека в любом помещении. Гидравлические переключатели и коллекторы используются для оптимизации процесса нагрева. С их помощью появляется возможность оптимально распределить теплоноситель между несколькими потребителями.

Гидравлический пистолет с коллектором — сложное оборудование, позволяющее быстро и легко установить. Эта конструкция герметична благодаря использованию высококачественной стали и испытаниям под давлением. Вы можете купить гидравлическую стрелу и коллектор отопления для подключения к газовым, электрическим или твердотопливным котлам любой мощности.

Конструктивно система представляет собой моноблок с патрубками. Группа патрубков имеет специальную резьбу для подключения к системе отопления.

Гидравлические переключатели и их назначение
Гидравлический пистолет (или гидравлический сепаратор) — это устройство, являющееся незаменимым элементом качественного обогрева. Это дополнительный агрегат, отличающийся особой конструкцией, специфика которой обусловлена количеством контуров и другими характеристиками котла.

Причины установки такого оборудования следующие:

Предотвращение повреждения теплообменников котла, которое может произойти из-за теплового удара (например, при первом запуске системы), проверки оборудования или отключения насосного оборудования.
Возможность стабилизации давления при разнице расхода в контурах котла. Это верно для таких решений, как полы с подогревом, водонагреватели и т. Д.
Функция отстойника. Таким образом, в гидравлической стреле осядет весь мусор, ржавчина и различные загрязнения. Это возможно только при правильном расчете габаритов изделия.
В итоге любое насосное оборудование, датчики будут работать стабильно.
Удаление воздуха. В результате вы сможете предотвратить образование коррозии на различных металлических элементах котла.
Если вы хотите купить водяной пистолет и коллектор отопления, важно учитывать такие характеристики котла как:

Тип котла

;
мощность нагревателя;
количество цепей (от 1 до 5 штук).
Отсутствие гидравлической стрелки может привести к быстрому износу и поломке насоса, в дальнейшем прекращая работу всей системы отопления.

Гидравлические выключатели и коллекторы отопления

Если вы хотите купить водяной пистолет, важно также учитывать следующие технические особенности:

Диаметр

;
высота;
ширина;
межосевое расстояние.
Среди преимуществ гидростатического пистолета можно выделить невысокую цену, возможность продления срока службы дорогостоящего оборудования, высокое качество (изделия испытываются при температуре 110 ° С и давлении 10 бар). . В комплект входят удобные крепления для крепления оборудования к стене.

Гидравлические стрелки позволят создать эффективный и долговечный режим обогрева в любом помещении.

границ | Разработка и производительность многотопливного жилого котла, сжигающего сельскохозяйственные отходы

Введение

Рост населения, истощение и рост цен на ископаемое топливо и климатический кризис во всем мире требуют быстрого развития технологий использования возобновляемых источников энергии с минимальным воздействием на окружающую среду. Топливо из биомассы обладает значительным потенциалом для удовлетворения этих потребностей благодаря своему обилию, низкой стоимости и сокращению выбросов парниковых газов. К 2050 году до 33–50% мирового потребления может быть обеспечено за счет биомассы (McKendry, 2002).

ЕС поставил цель увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем потреблении энергии до 27% к 2030 году (ЕС, 2014). Древесное топливо преимущественно использовалось как в крупных, так и в малых системах для производства тепла или электроэнергии. Однако растущая конкуренция за такие виды топлива в секторе отопления, лесопиления и бумажной промышленности, а также рост производства древесных гранул привели к росту цен на древесину и нехватке сырья (Uslo et al., 2010). Таким образом, для достижения цели роста использования биомассы потребуется более широкий ассортимент сырья (Carvalho et al., 2013; Cardozo et al., 2014; Zeng et al., 2018), что создаст дополнительную потребность в топливе. технологии переработки и контроля выбросов.

Для стран Южной Европы, где популярно отопление жилых домов с использованием топлива из биомассы в качестве более дешевой альтернативы, предпочтительным сырьем являются отходы сельского хозяйства и агропромышленности. Они легко доступны в больших количествах и обладают высоким энергетическим потенциалом, уменьшая путем сжигания объем отходов и увеличивая экономическую отдачу для сельских общин.В Греции доступно около 4 миллионов тонн в год, что эквивалентно примерно 50% валового потребления энергии (Vamvuka and Tsoutsos, 2002; Vamvuka, 2009).

Распространенными типами бытовых топочных устройств являются дровяные печи, дровяные котлы, печи на древесных гранулах и устройства для сжигания древесной щепы. Помимо дровяных печей и обычных котлов с бесконечными винтами, используются котлы смешанного горения с надстройками автоматизации, решениями для хранения и различными механизмами подачи (Vamvuka, 2009; Sutar et al., 2015; Ан и Джанг, 2018). В прошлых исследованиях изучались выбросы дымовых газов, эффективность и проблемы, связанные с золой, при сжигании сельскохозяйственных остатков. Крупномасштабные агрегаты или небольшие пеллетные устройства для домашнего или жилого центрального отопления, некоторые из которых используют верхнюю подачу, вращающиеся или подвижные решетки (Vamvuka, 2009; Carvalho et al., 2013; Rabacal et al., 2013; Garcia-Maraver et al., 2014). ; Pizzi et al., 2018; Zeng et al., 2018; Nizetic et al., 2019). Однако до сих пор недостаточно информации о характеристиках не гранулированного сырья с точки зрения эффективности и выбросов загрязняющих веществ в соответствии с пороговыми значениями в зависимости от различных конструкций небольших систем и условий эксплуатации.В основном использовалась древесная щепа (Kortelainen et al., 2015; Caposciutti and Antonelli, 2018), тогда как разработка котлов в странах Средиземноморья идет медленно.

Было доказано, что маломасштабные системы биомассы вносят значительный вклад в качество местного воздуха за счет выбросов загрязняющих веществ, таких как CO, SO ₂, NO _x, полиароматических углеводородов и твердых частиц, которые могут серьезно повлиять на здоровье человека и климат. Эти выбросы зависят от свойств топлива, применяемой технологии и условий процесса, и их мониторинг и контроль очень важны для соблюдения экологических ограничений и экономической эффективности требований рынка.Было обнаружено, что выбросы CO варьируются от 600 до 680 частей на миллион _v для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 50-400 частей на миллион _v для скорлупы бразильских орехов и 100-400 частей на миллион _v для лузги подсолнечника ( Cardozo et al., 2014). Было показано, что выбросы NO _x находятся в диапазоне 300-600 мг / м ³ для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 180-270 мг / м ³ для скорлупы бразильских орехов и 50-720 мг. / м ³ для лузги подсолнечника (Cardozo et al., 2014). Для последнего выбросы SO ₂ варьировались от 78 до 150 мг / м 2 ³.Сообщается, что КПД котла (Rabacal et al., 2013; Fournel et al., 2015) составляет от 63 до 83%, в зависимости от типа топлива.

Поскольку сельскохозяйственные остатки доступны только в течение ограниченного периода времени в течение года, их смеси увеличивают возможности поставок для действующих предприятий. Однако, когда смеси используются в качестве исходного сырья, совместимость топлив в отношении характеристик сгорания должна быть должным образом оценена для эффективной конструкции и работы блоков сжигания.Переменный состав этих материалов предполагает тщательное знание их поведения в тепловых системах, чтобы избежать топливных комбинаций с нежелательными свойствами. Насколько известно авторам, смеси таких отходов, которые можно найти по низкой цене или бесплатно, не исследовались в бытовых приборах. Для определения выбросов твердых частиц и образования шлака использовались только гранулы древесного топлива или энергетических культур (Carroll and Finnan, 2015; Sippula et al., 2017; Zeng et al., 2018).

Основываясь на вышеизложенном, целью настоящего исследования было сравнить характеристики горения выбранных не гранулированных сельскохозяйственных остатков, которые широко распространены в странах Южной Европы, и их смесей, чтобы изучить любые аддитивные или синергетические эффекты между компонентами топлива и получить выгоду. знания об использовании таких смесей в небольших котлах.Цель состояла в том, чтобы оценить производительность прототипа малозатратной установки для сжигания, позволяющей осуществлять предварительную сушку топлива и воздуха для горения выхлопными газами для производства тепловой энергии в зданиях, фермах, малых предприятиях и теплицах с точки зрения важности параметры, такие как сгорание и КПД котла, температура дымовых газов и выбросы в окружающую среду.

Экспериментальная секция

Топливо и характеристики

Сельскохозяйственные остатки для данного исследования были отобраны на основе их обилия и доступности в Греции и странах Средиземноморья в целом.Это были ядра оливок (OK), предоставленные AVEA Chania Oil Cooperatives (Южная Греция), ядра персика (PK), предоставленные Союзом сельскохозяйственных кооперативов Giannitsa (Северная Греция), скорлупа миндаля (AS), предоставленная частной компанией ( Agrinio, C. Греция) и скорлупа грецких орехов (WS), предоставленные компанией Hohlios (Северная Греция).

После сушки на воздухе, гомогенизации и рифления материалы измельчали до размера частиц <6 мм, используя щековую дробилку и вибрационное сухое просеивание. Типичные образцы были измельчены до размера частиц -425 мкм с помощью режущей мельницы и охарактеризованы с помощью экспресс-анализа, окончательного анализа и теплотворной способности в соответствии с европейскими стандартами CEN / TC335.Содержание летучих измеряли термогравиметрическим анализом с использованием системы TGA-6 / DTG в диапазоне 25–900 ° C, в потоке азота 45 мл / мин и при линейной скорости нагрева 10 ° C / мин. Химический анализ золы проводили на рентгенофлуоресцентном спектрофотометре (XRF) типа Bruker AXS S2 Ranger (анод Pd, 50 Вт, 50 кВ, 2 мА). Тенденция осаждения золы была предсказана с помощью эмпирических индексов. Эти показатели, несмотря на их недостатки из-за сложных условий, которые возникают в котлах и связанном с ними теплопередающем оборудовании, широко используются и, вероятно, остаются наиболее надежной основой для принятия решений, если они используются в сочетании с испытаниями пилотной установки.

Отношение оснований к кислотам (уравнение 1) является полезным показателем, поскольку обычно высокий процент основных оксидов снижает температуру плавления, в то время как кислотные оксиды повышают ее. Это принимает форму (Vamvuka et al., 2017):

Rb / a =% (Fe2O3 + CaO + MgO + K2O + Na2O)% (SiO2 + TiO2 + Al2O3) (1)

, где на этикетке каждого соединения указывается его массовая концентрация в золе. Когда R _{b / a} <0,5 тенденция к осаждению низкая, когда 0,5 b / a <1 тенденция к осаждению является средней, и когда R _{b / a}> 1 тенденция к осаждению является высокой.Для значений R _{b / a}> 2 этот индекс нельзя безопасно использовать без дополнительной информации.

Влияние щелочей на склонность золы биомассы к шлакованию / загрязнению является критическим из-за их тенденции к снижению температуры плавления золы. Один простой индекс, индекс щелочности (уравнение 2), выражает количество оксидов щелочных металлов в топливе на единицу энергии топлива в ГДж (Vamvuka et al. , 2017):

AI = кг (K2O + Na2O) ГДж (2)

Когда значения AI находятся в диапазоне 0.17–0,34 кг / ГДж загрязнение или шлакообразование вероятно, тогда как при этих значениях> 0,34 обрастание или шлакование практически наверняка произойдет.

Для испытаний на сжигание были приготовлены смеси вышеуказанных материалов с соотношением компонентов до 50% по весу с наиболее распространенными в Греции сельскохозяйственными отходами — ядрами оливок.

Описание прототипа системы сгорания

Блок сжигания схематично показан на рисунке 1. Основными частями являются два бункера, эксикатор, система непрерывной подачи сырья и бойлер с поперечным потоком.Номинальная мощность 65 кВт _т.

Рисунок 1 . Принципиальная схема многотопливного котла (сплошные стрелки показывают направление потока воздуха, пунктирные стрелки показывают направление потока биомассы).

Топливо хранится в основном бункере (A), боковые поверхности которого перфорированы для физического осушения топлива. В зависимости от наличия биомассы и особых потребностей в энергии открывается регулирующий клапан, и в систему подается соответствующее топливо. Затем биомасса переносится из бункера в эксикатор через наклонную стойку с направляющими, скорость которой регулируется в соответствии с потребностями котла.Горячий воздух поступает из выхлопных газов через систему обратной связи (H, J). В сушилке установлены две внутренние конвейерные ленты (B), состоящие из перфорированных медленно вращающихся роликов со стальной сеткой, позволяющих горячему воздуху проходить через него в восходящем направлении потока. Осушитель (B) имеет несколько отсеков, чтобы позволить воздуху перемещаться и в конечном итоге потерять часть своей температуры, создавая тем самым разницу температур. Специальная стальная сетка обладает высокой износостойкостью и довольно эффективно выдерживает экстремальные перепады температур.Скорость роликов тесно связана с влажностью биомассы и может изменяться в зависимости от потребностей автоматического управления. Затем сухая биомасса переносится (C) во временный бункер (D) и смешивается с теплым воздухом, поступающим из системы обратной связи (E), прежде чем направить его в горелку и зону сгорания котла. Используя горизонтальный теплый шнек диаметром 1 и 1/2 дюйма, обработанная биомасса подается в горелку (G). Скорость подачи регулируется двумя электронными диммерами. Первый диммер соответствует времени работы системы питания, а второй диммер соответствует времени задержки (винт выключен).Таким образом, подача сырья осуществляется полупериодическим способом. Первичный воздух для горения вводится через трубу в передней части топки и регулируется с помощью воздуходувки. Соотношение первичного и вторичного воздуха регулируется с помощью регулятора, установленного в дымоходе (K), с механическим регулятором, который позволяет изменять тягу в дымоходе. Котел (G) является гидравлическим и в основном производит горячую воду в замкнутой циркуляционной системе (F). Эта система имеет меры безопасности, чтобы поддерживать постоянное давление воды и транспортировать горячую воду к высокоэффективным фанкойлам для обогрева помещений. Датчики температуры Pt используются для измерения температуры воды в прямом и обратном потоке, а также в потоке внутри котла. Измеритель теплотворной способности измеряет расход воды и полезную энергию, получаемую водой. Выхлопные газы котла перед тем, как попасть в дымоход, проходят через теплообменник. Теплообменник (I) использует выхлопные газы для нагрева воздуха, который затем используется для сушки влажной биомассы.

Новинкой этого прототипа является конструкция эксикатора, питаемого выхлопными газами, выдерживающего экстремальные перепады температуры и работающего в соответствии с потребностями котла, теплообменника также питаемого выхлопными газами, а также прилагаемых датчиков температуры и измерителя теплотворной способности.Поскольку все основные части устройства являются стандартными, стоимость изготовления такой установки остается низкой. Аналоговые датчики и уже установленные детали будут заменены цифровыми датчиками и механическими деталями с цифровыми входами и выходами, в соответствии с результатами экспериментов по отклику агрегата. Ограничением системы является невозможность отрегулировать оптимальный коэффициент избытка воздуха, поэтому существует потребность в надежном управлении подаваемым воздухом для горения. Следует принять определение оптимальных параметров пользовательской системы автоматического управления, чтобы установка могла работать автономно.

Методика эксперимента и измерения данных

Эксперименты были структурированы таким образом, чтобы можно было построить аналитический профиль каждого материала, а также можно было исследовать поведение типа топлива на различных стадиях процесса. Были проведены две серии экспериментов, чтобы изучить поведение и реакцию каждого остатка на технологическую цепочку устройства. Во время первой серии испытаний для каждого биотоплива проводилась калибровка скорости подачи в зависимости от диммерных переключателей.Скорость подачи определялась последовательностями интервалов задержки включения-выключения первого и второго диммера соответственно. Расход дымовых газов для каждой подачи сырья определялся путем измерения скорости вентилятора на выходе газа, установленного в положении (K), с помощью анемометра. Следовательно, каждое биотопливо было протестировано в установке для сжигания, чтобы оптимизировать тепловой КПД путем настройки его специальных параметров с учетом качества выбросов. Важными независимыми переменными были скорость подачи сырья, скорость вентилятора, регулирующего поток воздуха в котле, и внутренняя температура котла.В настоящем исследовании представлены результаты для одного набора этих параметров с целью сравнения характеристик сгорания между испытанными сельскохозяйственными остатками, а также их смесями при постоянных рабочих условиях. Параметрическое исследование для оптимизации процесса будет представлено в следующем отчете.

Для запуска котла было подожжено топливо, были включены питатель твердого вещества и воздуховоды и выставлены желаемые значения (вкл. / Выкл. 10/30 с / с). Перед снятием первых показаний печи давали поработать 30 мин.Циркуляционная система горячей воды была настроена на работу после того, как температура достигла ≥55 ° C. Когда температура воды превышала 70 ° C, подача сырья временно прекращалась.

Состав дымовых газов непрерывно контролировался во время испытаний с помощью многокомпонентного газоанализатора, модель Madur GA-40 plus от Maihak, оборудованного двухрядным фильтром и осушителем. Отбор проб производился с помощью нагревательной линии с зондом в соответствии с греческими стандартами ELOT 896. В анализаторе используются электрохимические датчики для измерения концентрации газа.Содержание CO ₂, CO, O ₂, SO ₂, NO _x в потоке выхлопных газов, индекс сажи, тепловые потери дымовых газов, температура дымовых газов и коэффициент избытка воздуха ( λ) непрерывно регистрировались анализатором. Аналоговый выходной сигнал анализатора передавался в компьютер, где сигналы обрабатывались и вычислялись средние значения за период дискретизации 0,5 мин.

После проведения измерений в установившемся рабочем режиме и после того, как печь проработала около 3 часов, питатель топлива и воздуховод были отключены, смотровое окно было открыто, а вытяжной вентилятор был установлен на высокую мощность для охлаждения агрегата. Зольный остаток был осушен, взвешен и проанализирован на предмет потерь при сгорании из-за несгоревшего углерода. Эксперименты были повторены дважды, чтобы определить их воспроизводимость, которая оказалась хорошей.

Тепловой КПД системы был определен как пропорция полезной энергии, полученной водой котла, к энергии, потребляемой топливом:

ηt = QoutQin = qwcpwΔTwΔtmfQf (%) (3)

где, q _w: массовый расход воды (кг / ч), c _pw: теплоемкость воды (МДж / кг · K), ΔT _w: разница температур прямого и обратного потоков воды (° K), Δt: общее время горения при температуре воды 70 ° C, м _f: масса сожженного топлива / смеси (кг), Q _f: теплотворная способность топлива / смеси (МДж / кг).

Эффективность сгорания определялась следующим образом:

ηc = 100-SL-IL-La (%) (4)

где,

SL = (Tf-Tamb) (A [CO2] + B) (5) IL = a [CO] [CO] + [CO2] (6) La = 100 мес. (7)

где: T _f: температура дымовых газов (° C), T _amb: температура окружающего воздуха (° C), [CO] и [CO ₂]: концентрации CO и CO ₂ в дымовых газах (%), A, B, a: параметры горения, характерные для каждого вида топлива (данные анализатором), m _o: общая масса сожженного органического вещества топлива (кг), m _a: масса органического вещества в золе (кг).

Для каждого экспериментального испытания проверялось, достаточно ли имеющегося тепла дымовых газов для предварительного нагрева входящего воздуха для сжигания топлива до 70 ° C, а также для сушки биомассы в эксикаторе системы:

или

mflcpflΔTf≥mambcpambΔTamb + Qd (9)

где: m _fl, m _amb: масса дымовых газов и воздуха на кг сожженной биомассы (кг), c _pfl, c _pamb: удельная теплоемкость дымовых газов и воздуха (кДж / кг ° K), ΔT _f, ΔT _amb: разница температур дымовых газов на выходе и входе в дымоход, а также предварительно нагретого и окружающего воздуха, соответственно (° K), Q _d: теплота сушки биомассы ( Мойерс и Болдуин, 1997).Согласно последующим результатам, указанное выше неравенство сохранялось всегда.

Результаты и обсуждение

Анализы сырого топлива

В Таблице 1 представлены результаты ближайшего и окончательного анализов изученных сельскохозяйственных остатков. Как можно видеть, все образцы были богаты летучими веществами и имели низкую зольность. В скорлупе миндаля самый высокий процент летучих веществ, а в скорлупе грецких орехов — самый низкий процент золы. Концентрация кислорода была значительной для всех образцов, а теплотворная способность колебалась в пределах 17.5 и 20,4 МДж / кг, что сопоставимо с верхним пределом для низкосортных углей. Содержание серы во всех остатках было практически нулевым, что свидетельствует о том, что выбросы SO ₂ не вызывают беспокойства для этого биотоплива. С другой стороны, содержание азота в скорлупе миндаля было значительным, что могло быть проблемой во время термической обработки с точки зрения выбросов NO _x.

Таблица 1 . Предварительный и окончательный анализы и теплотворная способность образцов (% от сухого веса).

Химический анализ золы, выраженный обычным способом для топлива в виде оксидов, сравнивается в Таблице 2 вместе с индексами шлакообразования / обрастания и тенденцией к осаждению. Общей чертой этих золошлаковых материалов является то, что они были богаты Ca и K и в меньшей степени P и Mg. Отношение основания к кислоте было намного больше 2 из-за низкого содержания кремнезема и глинозема в этой золе, так что не может быть составлено каких-либо конкретных рекомендаций по поведению при шлаковании. Потенциал образования шлака / засорения, вызванного щелочью, можно более точно предсказать с помощью щелочного индекса.Таким образом, согласно значениям AI, для оливковых ядер и скорлупы миндаля неизбежна склонность к обрастанию из-за большого количества щелочи по отношению к единице топливной энергии, которую они содержат (для миндальной скорлупы склонность намного ниже), в то время как для ядер персиков и скорлупы грецких орехов не ожидается загрязнения котлов. Когда ядра оливок были смешаны с другими остатками при соотношении компонентов смеси до 50%, таблица 2 показывает, что значения AI были значительно снижены. Однако следует отметить, что для небольших систем, таких как та, которая использовалась в этой работе, работающей при температуре ниже 1000 ° C и в течение относительно короткого периода времени, явления шлакообразования или загрязнения из-за золы не наблюдались.

Таблица 2 . Химический анализ золы сырья и склонности к шлакованию / засорению.

Характеристики сжигания биотоплива из сельскохозяйственных остатков

Температура котловой воды

Изменение температуры воды на выходе из котла во время полной работы топочного агрегата показано на рисунке 2. Ясно, что ядра персика и скорлупа грецких орехов начали гореть раньше, чем два других остатка, передавая свою тепловую энергию воде примерно На 6 мин раньше оливковых ядер для повышения температуры с 25 до 70 ° C.Однако поведение скорлупы грецкого ореха было совершенно другим. Температура воды во время фазы запуска поднялась до 78 ° C (второй диммер выключен), так что для трех полных циклов (включение / выключение) время горения было увеличено примерно на 20 минут по сравнению с оливковыми ядрами. Для скорлупы грецкого ореха и миндаля три цикла в исследованных условиях длились около 1 часа.

Рисунок 2 . Изменение температуры воды на выходе из котла для сырого топлива при полной работе агрегата.

Температура дымовых газов и выбросы

Температура дымовых газов (Таблица 3) представляет собой зависимость от топлива.Таким образом, она была выше для миндальных скорлуп, 267 ° C, для полной работы котла (в установившемся режиме), и ниже для ядер персика, 245 ° C, что означает большие и меньшие тепловые потери из печи, соответственно. Все значения температуры дымовых газов были достаточно высокими для предварительной сушки сырья (уравнение 9).

Таблица 3 . Характеристики горения топлива (средние значения) в установившемся режиме.

Концентрация

CO в дымовых газах при установившемся режиме работы печи (диммер включен) для четырех исследуемых остатков сравнивается на Рисунке 3.Повышенные уровни CO в биотопливе из ядер оливок, скорее всего, были связаны с большим количеством летучих веществ, которые увеличивают концентрацию углеводородов в реакторе, препятствуя дальнейшему окислению CO до CO ₂, а также в меньшей степени более высоким содержанием золы это топливо, которое ослабляло проникновение кислорода к частицам полукокса. Тем не менее, все значения CO были ниже законодательных пределов для малых систем (ELOT, 2011).

Рисунок 3 . Концентрация CO в дымовых газах для сырого топлива в установившемся режиме.

Средние концентрации загрязняющих веществ (± стандартная ошибка) в установившемся режиме и в течение всей работы установки представлены и сравнены на рисунках 4A, B, соответственно. Выбросы SO ₂ от всех видов биотоплива, являющиеся чрезвычайно низкими (0–13 частей на миллион _против), были исключены из графиков. На рис. 4A показано, что наибольшие выбросы CO были получены при сжигании ядер оливок, а наименьшие — при сжигании ядер персиков. Однако даже если во время полной работы котла (включая интервалы без подачи топлива, т.е.е., второй диммер выключен) Значения CO были выше (Рисунок 4B), они не превышали допустимых пределов (ELOT, 2011). Кроме того, выбросы NO _x от всех изученных материалов были низкими и в соответствии с директивами стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011) для небольших установок (200–350 мг / Нм ³). Более низкие уровни NO _x в скорлупе миндаля, несмотря на их более высокое топливное N среди протестированных видов биотоплива, могут быть результатом временной восстанавливающей среды, создаваемой большим количеством летучих веществ в этом остатке (81.5%), что способствовало разложению NO _x.

Рисунок 4 . Средние концентрации загрязняющих веществ в газах от сырого топлива (A) в установившемся режиме и (B) в течение всей работы установки.

Нынешние значения выбросов газов сопоставимы с данными, указанными в литературе для аналогичных видов топлива, в то время как выбросы NO _x были значительно ниже. Для косточек персика выбросы CO варьировались от 600 до 680 частей на миллион _v (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов от 50 до 400 частей на миллион _v (Cardozo et al., 2014), для ядер пальмы от 2000 до 14000 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al. , 2020), для жмыха гранулы между 1900 и 6500 частями на миллион _v (Kraszkiewicz et al., 2015), а гранулы для обрезки оливок — 1800 частей на миллион _v (Garcia-Maraver et al., 2014). С другой стороны, выбросы NO _x были обнаружены для косточек персика 300–600 мг / м ³ (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов 180–270 мг / м ³ (Cardozo et al. ., 2014), для пальмовых ядер от 90 до 200 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для гранул жмыха 230-870 мг / м ³ (Kraszkiewicz et al., 2015) и для оливкового масла. гранулы для обрезки 680 мг / м ³ (Garcia-Maraver et al., 2014).

Горение и термический КПД

Характеристики сгорания четырех остатков представлены в таблице 3. Эффективность сгорания считается удовлетворительной для небольших систем (77% в соответствии с европейскими стандартами EN 303-5) и колеблется от 84 до 86%.Эти значения контролировались температурами дымовых газов, которые отражали чувствительные тепловые потери и концентрацию CO в дымовых газах, которые представляли основные потери тепла из-за неполного сгорания. Таким образом, ядра персика с наименьшими потерями SL и IL горели с наибольшей эффективностью. Интересно отметить, что большее количество воздуха в случае оливковых ядер (коэффициент избытка воздуха λ = 1,9), увеличивая поток дыма, казалось, каким-то образом снижает температуру камина и, следовательно, увеличивает уровень CO и газообразные тепловые потери (IL).Кроме того, на тепловой КПД системы, показанный в Таблице 3, влияла эффективность сгорания топлива, и она была выше для ядер персика из-за улучшенного сгорания в печи и улучшенной рекуперации тепла в трубках системы за счет повышения температуры. разница между прямым и обратным потоком воды в котел (ΔT _w = 26,2 ° C). Колебания, наблюдаемые в таблице, связаны с различным количеством сжигаемого биотоплива в зависимости от времени, когда котел работал с определенными интервалами включения / выключения диммеров, регулирующих подачу.Оптимизация расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в сторону более низкого значения может привести к более высокой температуре камина (высокий поток подаваемого воздуха охлаждает печь), более низким выбросам CO из-за лучшего сгорания, более низкого содержания кислорода и более высоких концентраций CO ₂ в дымах и, следовательно, снижение потерь тепла или топлива и повышение эффективности сгорания. Это, в свою очередь, улучшит рекуперацию тепла в трубках и повысит тепловой КПД. Кроме того, некоторые модификации печи для увеличения времени пребывания дымовых газов снизят их температуру на выходе и, следовательно, чувствительны к потерям тепла.

Тем не менее, КПД котла соответствовал литературным данным. Значения 91%, 83–86% и 75–83% были зарегистрированы для древесных гранул (Kraiem et al., 2016), древесины сосны и персика (Rabacal et al., 2013), соответственно. Более того, для многотопливного котла, сжигающего древесные материалы, было обнаружено (Fournel et al., 2015), что термический КПД зависит от зольности каждого сырья, т. Е. При содержании золы 1% КПД составляет 74%, а для золы содержание 7% упало до 63%. В другом блоке, сжигающем лесные остатки и энергетические культуры, эффективность варьировалась от 69 до 75% (Forbes et al., 2014).

Характеристики сжигания смесей сельскохозяйственных остатков