НПО Мирон - ТЭНы с защитой от накипи, марки "Мирон" - 6. Электрический нагрев и кипячение воды.

    •   ТЭНы с защитой от накипи, марки "Мирон"   •


    •   6. Электрический нагрев и кипячение воды.   •


    6.1 Введение. Во всех странах мира большое количество электроэнергии расходуется на нагрев и кипячение воды, начиная от систем электрического отопления помещений и кончая технологическими процессами различного назначения. Основной проблемой, которая возникает при построении таких систем, является необходимость создания безнакипных режимов работы поверхностей нагрева теплотехнического оборудования. В замкнутых системах отопления небольшой мощности эта проблема решается за счет применения в качестве теплоносителей специальных жидкостей или специально подготовленной воды. При необходимости получения, например, водяного пара эта проблема еще больше усложняется из-за образования в парогенераторах большого количества отходов, обусловленных наличием в питательной воде сухого остатка, величина которого согласно ГОСТ 2874 может достигать 1 г.\ л. Очень большие проблемы с накипью возникают в непрерывно работающих проточных водонагревателях, где скорость образования накипи достигает 0,1 – 0,2 мм.\сут. Многие конструктивные технические решения устройств нагрева воды невозможно осуществить из-за перекрытия пластами накипи входных и выходных патрубков баков. Поэтому разработанные нами ТЭНы с защитой их оболочек от первичной накипи позволят перейти на новый этап проектирования электрических водонагревателей различного назначения.

ТЭН с накипью

    6.2 Электрические котлы для обогрева помещений. В настоящее время электрокотлы успешно конкурируют с котлами на жидком, газообразном и твердом топливе за счет их более высокого КПД, экологической чистоты, минимальных первичных затрат, возможности очистки поверхностей нагрева и бака от накипи. Это связано с тем, что в котлах малой и средней мощности почти не применяют системы предварительной водоподготовки из-за относительно их высокой стоимости. Поэтому срок службы котлов на жидком, газообразном и твердом топливе во многих регионах не превышает 5 – 6 лет, т.к. дальнейшая их эксплуатация не оправдана по экономическим причинам из–за снижения КПД до 40 – 50%. Принятие такого решения дополнительно обуславливает и тот факт, что стоимость сжигаемого топлива в таких котлах за отопительный сезон может превышать их стоимость в 10 раз. Поэтому при снижении КПД котла до 50%, работающего на указанных видах топлива, по экономическим причинам его следует заменить на новый, т.к. очистить его от накипи практически невозможно.

    Электрокотлы имеют съемные нагревательные элементы, которые можно заменить или очистить механическими методами и таким образом поддерживать КПД электрокотлов на определенном уровне даже в разгар отопительного сезона.

    Замена в электрокотлах обычных ТЭНов на наши позволит постоянно поддерживать их КПД на неизменном уровне и уменьшить расходы на техническое обслуживание за счет исключения необходимости периодической очистки оболочек ТЭНов и баков от накипи. Такие электрокотлы по сравнению с электрокотлами с обычными ТЭНами будут иметь на 10 – 30% выше КПД после 3 – 6 месяцев их непрерывной эксплуатации.

    6.2.1. Конструкция электрокотла представляет собой набор отдельных элементов, которые в системе выполняют определенные функции. Основными элементами электрокотла являются герметичный бак, рассчитанный на определенное давление ( обычно не более 3-4 атм.), ТЭНы необходимой мощности, устанавливаемые в баке, расширительный бак или экспанзомат для компенсации расширения воды при ее нагреве в замкнутой системе, насос для прокачки воды в замкнутой системе, уровнемер, обеспечивающий контроль уровня воды в баке и формирование электрического сигнала в аварийных режимах на отключение ТЭНов от питающей сети, датчики температуры нагрева оболочек ТЭНов, формирующие электрические сигналы на отключение ТЭНов от питающей сети в аварийных режимах, датчики стабилизируемых параметров (температуры теплоносителя или температуры воздуха в определенной точке помещения), коллекторы для распределения нагретого теплоносителя по потребителям тепла, регулятор питающего напряжения, подаваемого на ТЭНы и изменяемого в зависимости от величины сигнала датчика стабилизируемого параметра, коммутирующей и защитной аппаратуры, обеспечивающей коммутацию и защиту ТЭНов в аварийных режимах. В зависимости от технических требований и возможностей из рассмотренных элементов компануется электрокотел. Очевидно, что основным элементом котла является герметичный бак с ТЭНами ( исполнительный элемент ), а остальные элементы обеспечивают выполнение определенных функций по оптимальному и безопасному управлению нагревом воды.

    Рассмотрим возможный вариант изготовления герметичного бака с ТЭНами для ряда электрокотлов мощностью от 2 до 21 кВт. на базе блоков из наших ТЭНов мощностью от 1 до 7 кВт. с диаметром оболочки 12 мм. ( см. Рис.1а ) на основе стальной бесшовной горячедеформированной трубы с наружным диаметром 121 мм. и при толщине стенки 6 мм. (см. Рис.2 ).

ТЭН с накипью

Рис.1а

ТЭН с накипью

Рис.2

    Параметры блоков из наших ТЭНов и бака, которые могут использоваться при изготовлении указанных электрокотлов, приведены в таблице 1.

Таблица 1

    Временно таблица отсутствует.

    Широкий спектр электрокотлов по мощности может обеспечивать создание любых систем теплоснабжения повышенной надежности за счет параллельного соединения N независимых электрокотлов ( см. Рис.3 ).

ТЭН с накипью

Рис.3

    Количество котлов в такой системе выбирается из условия обеспечения гарантированного теплоснабжения в предельно экстремальных случаях с учетом вероятности выхода из строя нескольких котлов. Количество работающих котлов в любой момент времени будет зависеть от необходимости обеспечения температурного режима в заданной точке (точке стабилизации температуры). Например, при относительно высоких температурах на улице достаточно в работе иметь N1 электрокотлов ( например, N1 = 3 по 21 кВт. ) с автоматическим или ручным управлением. При предельно экстремальных режимах необходимо в работу ввести N7 электрокотлов ( например, N7 = 7 по 21 кВт. ). Для гарантированного теплоснабжения в экстремальных режимах необходимо иметь дополнительно 2-3 электрокотла в холодном резерве, которые вводятся в работу при выходе из строя одного или нескольких работающих котлов, т.е. N= ( 9-10 шт.).

    6.2.2. Регулирование мощности электрокотла. В электрокотлах обычно совмещают дискретное и плавное регулирование мощности нагрева. Для дискретного регулирования используют изменение количество ТЭНов, подключаемых к питающей сети. Для плавного регулирования напряжения, подаваемого на один или несколько ТЭНов ( блоков ТЭНов ), используют симисторы, цепи управления которых подключены к электронному блоку, обеспечивающему изменения фазового угла включения указанных симисторов в зависимости от величины сигнала, поступающего от датчика стабилизируемого параметра. Электронный блок может наделен еще многими функциями, такими как обеспечение дискретного переключения ТЭНов, отключение ТЭНов от питающей сети в аварийных режимах, изменение температуры в помещении по программе в течении суток и т. д. Следует отметить, что в электрокотлах ограничивают использование горячей воды из системы отопления, так как это приводит к необходимости введения в систему добавочной воды, приводящей к возникновению проблемы с накипью. Применение наших ТЭНов к электрических котлах исключает возникновение указанной проблемы, т.е. на основе рассматриваемого котла можно создавать систему для отопления и горячего водоснабжения.

    6.3. Электрические водонагреватели. В последние годы получили широкое применение водонагреватели различного назначения, в которых существуют аналогичные проблемы с накипью. Проявляется это в том, что периодически требуется очищать ТЭНы от накипи и баки от пластов накипи. В практике большинство пользователей этих водонагревателей очистку бака осуществляют только при установке нового ТЭНа взамен сгоревшего.

    6.3.1 Конструкция электрических водонагревателейпринципиально не отличается от конструкции электрокотлов за некоторыми исключениями. В водонагревателях не требуется насоса и расширительного бака, иногда не нужна точная стабилизация температуры воды, часто требуется большой объем бака или не требуется коллектора, бак изготавливается из тонкого металла с эмалевым покрытием и т. д. В промышленности для нагрева проточной воды часто используют двухконтурные электрические водонагреватели, которые имеют изолированный замкнутый первичный контур нагрева теплоносителя, и вторичный контур, например, нагрева проточной воды за счет нагретого теплоносителя первичного контура. Проблема защиты от накипи в таком водонагревателе принципиально не решена, просто место образования накипи с оболочек ТЭНов, находящихся в первичном контуре, перенесено на поверхность теплообмена, разделяющую указанные контуры.

    Замена в водонагревателях обычных ТЭНов на наши позволит исключить проблемы, связанные с первичной накипью, увеличить в 3-5 раза срок их службы, сохранить максимальный КПД водонагревателя, уменьшить до 30% потребление электроэнергии и сохранить покрытия внутренних поверхностей баков от повреждения твердыми пластами накипи.

    6.4. Электрические парогенераторы.В настоящее время электрические парогенераторы находят широкое практическое применения в самых различных областях, начиная с производства пищевых продуктов и кончая саунами. Основной проблемой в парогенераторах является накипь и очистка парогенератора от отходов, которые остаются при испарении воды. Конструкция большинства парогенераторов предусматривает разборку парогенератора, демонтаж ТЭНа, его очистку от накипи и очистку бака парогенератора от отходов. Использование штуцера для очистки парогенераторов от отходов не применяют из-за их забивания пластами накипи, которые отслаиваются от оболочек ТЭНов в процессе нагрева воды. Поэтому очистка парогенераторов практически происходит не чаще одного раза в 1-2 месяца. При переработке парогенератором, например, 100 литров воды в смену в его баке может накопиться за 2 месяца (40 рабочих смен) до 4 кг. отходов.

    Замена в парогенераторах обычных ТЭНов на наши, которые изготавливаются по представленным эскизам, позволяет исключить образование накипи на оболочках ТЭНов, увеличить срок их эксплуатации, сохранить максимальный КПД парогенератора, уменьшить потребление электроэнергии и ввести штуцер для периодического сброса отходов из бака парогенератора, так как в нем отходы будут находиться только в виде мелкодисперсного шлама без пластов накипи.

    6.4.1. Конструкция парогенераторов принципиально не отличается от электрокотлов и водонагревателей. В парогенераторе не требуется насоса, достаточно дискретное регулирование мощности нагрева, нет необходимости в расширительном баке и коллекторе, но требуется максимальная поверхность испарения для исключения вероятности образования вторичной накипи на поверхностях нагрева.

    Рассмотрим возможный вариант выполнения парогенератора ( см. Рис.4 ).

ТЭН с накипью

Рис.4

     В качестве корпуса парогенератора удобно применить, например, тройник 219 х 8 , размеры которого приведены на Рис.5.

ТЭН с накипью

Рис.5

    Для размещения блока ТЭНов мощностью 10 кВт. и увеличения производительности парогенератора с одной или двух сторон можно приварить удлинительные трубы. Без удлинительных труб в рассматриваемом тройнике можно установить блок ТЭНов мощностью 5,7 кВт. При необходимости увеличения мощности парогенератора можно будет перейти на другой размер тройника. В рассматриваемом варианте парогенератора для увеличения поверхности испарения целесообразно поддерживать уровень воды на середине горизонтального участка тройника и толщина воды над ТЭНами будет составлять приблизительно 50 мм. ( габаритные размеры оболочек ТЭНов не превышают 45 мм. согласно Рис.1в ).

ТЭН с накипью

Рис.1в

    Для исключения выхода оболочек ТЭНов из воды при работе парогенератора вводится уровнемер, который обеспечивает измерение уровня воды в парогенераторе и формирование электрических сигналов при достижении минимально ( например, 70 мм.) и максимально ( например, 130 мм.) допустимой величины. При достижении уровня воды в парогенераторе минимально допустимой величины блок управления обеспечивает включение электроклапана и подачу воды из водопроводной сети. При достижении уровня воды в парогенераторе максимально допустимой величины электроклапан выключается. Таким образом, датчик уровня, блок управления и электроклапан обеспечивают поддержание воды в парогенераторе в определенном диапазоне. Чаще всего уровнемер выполняют на базе постоянного магнита, плавающего на поверхности воды в неферромагнитной трубке, и геркона ( герметизированного контакта ), закрепленного с внешней стороны указанной неферромагнитной трубки.

    Поскольку блок ТЭНов состоит из трех независимых одинаковых ТЭНов, которые подключаются к однофазной или трехфазной питающей сети, то существует возможность дискретного регулирования мощности. При необходимости плавного регулирования мощности во всем диапазоне можно в цепи питания ТЭНов включить симисторы с фазовым регулированием напряжения. Кроме того в парогенераторе целесообразно на блоке ТЭНов установить датчик перегрева, который совместно с блоком защиты и коммутации. Это обеспечит отключение ТЭНов от питающей сети в аварийных режимах, например, при выходе из строя датчика уровня.

    6.5. Выводы. Во всех рассмотренных устройствах для нагрева и кипячения воды, применение наших ТЭНов с защитой их оболочек от первичной накипи позволяет решить большое количество существующих проблем. Это касается вопросов получения максимально возможного КПД, снижения потребления электроэнергии, очистки ТЭНов и баков от накипи ( отходов ), повышения конкурентноспособности изделий в целом. Подумайте и можете приступать к проектированию и выпуску рассмотренной продукции, наши консультации и наши ТЭНы помогут Вам в этом!!!

    назад...




© 2007-2015 НПО Мирон. Авторские права на данный сайт и размещенную информацию принадлежат НПО "Мирон". Копирование и размещение содержимого сайта возможно только с разрешения НПО "Мирон".