Теплообменники для котлов отопления

Напольные котлы на сегодняшний день пользуются огромной популярностью во многом благодаря тому, что выпускаются в разных модификациях —от десятков до нескольких сотен киловатт. Они способны покрыть любые потребности в отоплении индивидуального дома, а также обеспечить теплоснабжение небольших коммерческих или производственных объектов. Покупая котел, люди рассчитывают на его длительную эксплуатацию, но порой заявленные производителем 30 лет сокращаются вполовину. Почему? У котла не выдерживает «сердце» —теплообменник, отвечающий за самый главный процесс —нагрев.

Чугун и сталь
Теплообменник обеспечивает передачу теплоносителю тепловой энергии, высвобождаемой при сгорании газов. По принципу теплопередачи различают первичный и вторичный теплообменники. Первый передает высвобождаемое в процессе горения тепло теплоносителю в контуре отопления, второй —тепло от нагретого теплоносителя контура отопления к воде контура ГВС. Еще бывают так называемые битермические теплообменники, которые обеспечивают двойной теплообмен —от газа к теплоносителю и от теплоносителя к санитарной воде. Они нагревают и теплоноситель в контуре отопления, и жидкость в контуре ГВС.
Сколько проработает теплообменник, столько проработает и котел. Отсюда очевидно, что теплообменник должен быть изготовлен из долговечного материала
Многие производители котельной техники выпускают стальные и чугунные котлы, есть и те, кто специализируются только на стальных или только на чугунных. Бытует мнение, что хороший котел должен быть исключительно чугунным. Так ли это? Пользователи котлов в Западной Европе однозначного ответа не дают, отмечая преимущества и тех и других. В России техника из чугуна внушает больше доверия во многом благодаря тому, что чугунные котлы у нас производятся с 19 века и, как говорится, проверены временем, а стальные выпускают лишь с 60 - х годов прошлого столетия. Если говорить о чугунных и стальных котлах бытового назначения —малой и средней мощности, то каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Особенности конструкции
Чугунный котел имеет секционную конструкцию. Это дает преимущества уже при его покупке и доставке. Для удобства транспортировки такой котел можно заказать в разобранном виде, внести секции по отдельности в котельную и на месте собрать. В данном случае узкий дверной проем не станет помехой в установке. Разборная конструкция удобнее и при поломке или разгерметизации —котел разбирают на части. Часть секций мастер
может заменить на месте, исключив тем самым транспортировку оборудования в мастерскую.
Стальной котел, естественно, легче чугунного, но втащить по частям его не получится. Он представляет собой цельный моноблок —его собирают и сваривают в заводских условиях. Причем используют особый метод сварки в среде специального защитного газа, чтобы исключить разрушение легированной стали и потерю свойств в местах сварных швов, которые при обычной сварке становятся очагами коррозии. Наличие подобных технологий сильно ограничивает возможность ремонта на дому. Кстати, если стальной котел проржавел или поврежден отложениями солей жесткости, то ремонт, скорее всего, будет просто невозможен —получить сварку заводского качества в домашних условиях практически нереально. Фактически прогоревший стальной котел придется выбрасывать, тогда как у чугунного котла поврежденную секцию мастер просто заменит. В этом и состоит неоспоримое преимущество чугунного котла перед стальным.

Вес имеет значение
Чугунный котел в два - три раза тяжелее стального, и это надо учитывать не только при транспортировке, но и при конструировании котельной. В котлах малой и средней мощности чугунный теплообменник не редкость, в оборудовании большой мощности обычно предпочтительна сталь —промышленный чугунный котел потребует усиления фундамента, что не всегда рационально. По причине большого веса чугунные котлы, даже бытового назначения, не вешают на стену.
Не стоит выбирать и максимально легкие котлы. Солидный вес —один из индикаторов надежности и производительности. Для легких котлов характерен малый объем секций, ограниченное оребрение стенок камеры сгорания и дымовых каналов, по которым движутся горячие продукты сгорания. Это, в свою очередь, снижает эффективность котла, а также приводит к перегреву отдельных участков теплообменника, к напряжению в металле и преждевременному выходу котла из строя.

Эффективным считается котел, у которого при относительно небольших габаритах большая площадь теплообмена. Внешняя сторона секций, соприкасающаяся с дымовыми газами, должна иметь множество выступов или ребер. Увеличение площади и снижение скорости прохода продуктов сгорания способствует увеличению теплообмена.

Заржавеет или не заржавеет?
И чугун, и сталь подвержены коррозии, неправильная эксплуатация оборудования ее ускоряет. У чугуна есть интересное свойство —в процессе эксплуатации он сверху покрывается сухой ржавчиной, представляющей собой пленку оксида железа Это так называемая химическая коррозия. Как правило, сухая ржавчина не прогрессирует. Влажной коррозии чугун подвергается значительно медленнее, чем сталь. Поэтому на первый взгляд можно сделать вывод, что антикоррозионные свойства чугуна гораздо выше. Однако все не так просто.
Коррозия, как правило, возникает в топке, когда температура стенки котла становится ниже «точки росы», то есть ниже температуры, при которой на стенках камеры сгорания выпадает конденсат —содержащийся в дымовых газах водяной нар переходит в жидкое состояние. При эксплуатации и стального, и чугунного котла важно контролировать температуру теплоносителя, возвращающегося из системы теплоснабжения в котел. «Точка росы» для котлов, работающих на дизеле, составляет примерно 47 °С, для газовых атмосферных —42 °С, для газовых с вентиляторной горелкой —57 "С. Сколько конденсата образуется? Сжигание 1 кубометра газа дает около 1,6 литра воды, жидкого топлива —1,3 литра Таким образом, в 100 - кило ваттном газовом котле может образоваться до 16 литров весьма агрессивной по свойствам среды. Содержащиеся в продуктах сгорания окислы серы, углерода и другие примеси при смешивании с водой образуют кислоту, разрушающую стенки теплообменника —неважно, стального или чугунного. И тут-то приходит время оценить толщину стенки чугунного котла, ведь для ее разрушения потребуется гораздо больше времени. В стальных котлах эта величина составляет 2,5 —4 мм Отсюда вывод —и чугун, и сталь в равной мере подвержены коррозии, но в отношении чугуна процесс сильно растянут по времени благодаря толстым стенкам Этим объясняется разница в сроке службы котлов: стальных —5 —15 лет, чугунных —не менее 30 лет. Чтобы продлить котлу жизнь, следует не допускать условий образования конденсата
Некоторые производители делают теплообменники со стенками из двух материалов —чугуна и стали. Внутренний слой биферральной поверхности, выполненный из чугуна, обращен к топочным газам, на него действует более высокая температура, чем на внешний —из стали, обращенный к воде. Такая конструкция предотвращает конденсацию содержащихся в топочных газах паров воды и осаждение конденсата на поверхности нагрева, что исключает процесс возникновения коррозии.

Термический шок и боязнь ударов
Если в неостывший чугунный теплообменник попадет холодная вода, он может треснуть. По этой причине следует избегать значительной разницы температур между подающей и обратной линиями. Некоторые производители выпускают котлы с системой предварительного смешивания холодного теплоносителя из обратной линии с нагретым. Кстати, подпитка водопроводной водой, которая в нашей стране отличается повышенной жесткостью, чревата образованием накипи внутри котла. Подобные отложения препятствуют съему тепла теплоносителем, котел будет прогреваться неравномерно, в результате температурная дисгармония приведет к микротрещинам.
Для стальных котлов термический шок не страшен. Сталь эластичнее чугуна и без проблем переносит разницу температур, даже если подпитка холодной водой осуществляется в обратную линию. Однако не стоит забывать, что при больших и частых перепадах у стали возможно появление «усталых» зон и, как следствие, трещин в местах, ослабленных сваркой.
Благодаря пластичности стальной котел устойчив к механическим повреждениям, его можно транспортировать без боязни растрескивания корпуса. Чего не скажешь о чугуне. Хрупкость —еще один недостаток чугунного теплообменника Незначительный удар или перекос при транспортировке неизбежно приведет к образованию трещин. Кстати, именно поэтому чугунный котел перевозят в разобранном виде и собирают на месте.
Что же делает чугун хрупким? Входящие в его состав углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и другие примеси определяют основные характеристики —твердость, хрупкость, стойкость к коррозии и т.д. Некоторые производители делают теплообменники из так называемого серого чугуна, который часто является их ноу-хау, но смысл его производства сводится примерно к следующему. При определенном содержании углерода и других примесей температура плавления чугуна становится меньше, чем температура плавления железа и углерода. В результате структура чугуна при затвердевании становится более однородной. Такой чугун обладает повышенной пластичностью, более устойчив к коррозии, способен выдерживать большие перепады температур, для него нет ограничений по минимальной температуре. Срок службы котлов из серого чугуна рассчитан на 40 —50 лет.


Теплоотдача
Чугунные котлы аккумулируют больше тепла, чем стальные, и обладают большой тепловой инерционностью. Они долго нагреваются и медленно остывают. В результате для поддержания достаточного уровня тепла им требуется меньше топлива, что, несомненно, «плюс». «Минус» в том, что котел не может моментально «скинуть жар», если погодозависимая автоматика изменила режим работы горелки в связи с резким потеплением на улице. В течение минимум трех часов котел будет продолжать «шпарить».
Стальные котлы реагируют быстро —и нагреваются, и остывают. Быстрый нагрев иногда приводит к перегреву локальных участков и, как уже говорилось, к «усталости» металла и повреждению теплообменника.

Чистка
Проводить ее следует регулярно. Сажа и копоть, отложения солей загрязняют теплообменник, что существенно снижает теплопроводность его стенок и затрудняет циркуляцию теплоносителя, а следовательно, снижает теплообмен.
Очистка дымового тракта чугунного секционного теплообменника надувного котла так же проста, как и стального, поэтому в данном вопросе ни у кого нет преимуществ. Вопрос с чисткой чугунного секционного теплообменника атмосферного котла вообще не стоит, т.к. он работает только на газе, то есть по определению на чистом топливе. Если все-таки придет время почистить, то проблем не возникнет, поскольку данная операция предусмотрена производителем.