Приточні установки з газовим нагріванням

Об’єкти

Приточні установки з газовим нагріванням

Як тільки не називають ці вироби, починаючи від «вогневих нагрівачів», «теплових гармат», просто «пальників» і далі — «газові калорифери», «газові печі», «генератори гарячого (теплого) повітря», «повітряні теплогенератори». Найпоширеніша (вірна) назва все ж таки – газові повітронагрівачі і, якщо дивитися з боку припливних установок, газові секції нагріву.

Які бувають газові повітронагрівачі?

За рахунок меншої металоємності змішувальні газові повітронагрівачі дешевші за рекуперативні, характеризуються більшим діапазоном потужності та відсутністю димоходу, тобто. продукти згоряння відразу ж перемішуються з повітрям, що нагрівається – не потрібно думати про конденсат продуктів згоряння при роботі з негативними температурами вуличного повітря. Такі газові повітронагрівачі поширені у США, Канаді, Великобританії. Є виробники у Франції, Німеччині та Голландії. У Росії поки що порівняно рідко використовуються, хоча й у нас є кілька вітчизняних виробників.

За способом нагрівання повітря є повітронагрівачі із застосуванням непрямого нагріву повітря (їх іноді називають рекуперативними повітронагрівачами) та повітронагрівачі прямого нагріву (так званого змішувального типу). Пряме нагрівання повітря – це коли немає камери згоряння та теплообмінника (фото 1). Полум’я пальника безпосередньо нагріває повітря. Сучасні системи горіння дозволяють високоефективно спалювати природний газ, проте при проектуванні необхідно робити розрахунок зменшення концентрації шкідливих речовин, що надходять у приміщення з продуктами згоряння, нижче 30% ГДК. Дані агрегати особливо ефективні при великих кратностях повітрообміну, коли рівень шкідливих речовин, що виділяються всередині приміщення, значно перевищує рівень продуктів згоряння від газових повітронагрівачів прямого нагріву: ливарне виробництво, зварювальні цехи і т.д. Діапазон теплової потужності 40-1500(2000) кВт.

Непряме нагрівання – це коли повітря (рециркуляційне та/або припливне) за допомогою вентилятора (осьового, відцентрового) подається всередину агрегату, після чого він нагрівається, проходячи навколо камери згоряння і через теплообмінник, продукти ж згоряння виводяться через димохід (фото 2). Потім нагріте повітря, отримане таким чином, випускається безпосередньо в приміщення, або через систему повітроводів.

Газові повітронагрівачі непрямого нагріву (рекуперативні повітронагрівачі) у свою чергу умовно ділять:

Нагрівачі повітря з вбудованим атмосферним пальником або повітронагрівачі з трубчастим теплообмінником (фото 4).

Принципова схема (фото 3): на вході атмосферний пальник, тобто. працює під атмосферним тиском і складається, як правило, з кількох сопел/форсунок (аналогічних будь-якій домашній газовій плиті). Далі після трубчастого (пластинчастого) теплообмінника на виході димососний вентилятор, завдяки якому продукти згоряння проходять теплообмінник.

Переваги: проста конструкція, а значить, конкурентна ціна.

Недоліки: невеликий діапазон теплової потужності: 15–150(200) кВт, для забезпечення більшої теплової потужності дані теплообмінні модулі встановлюються послідовно та/або паралельно, що веде до збільшення вартості даного рішення; складності за необхідності працювати у режимі конденсації продуктів згоряння.

Повітронагрівачі (теплообмінні модулі) з додатковим вентиляторним (надувним, дутьовим) пальником (фото 5).

Принципова схема: в камеру згоряння теплообмінного модуля встановлено вентиляторний пальник (тобто з вентилятором). Завдяки тиску, що створюється пальником, продукти згоряння проходять через камеру згоряння та теплообмінні труби (канали).

Діапазон теплової потужності 40–1000 (1200) кВт. Більш дороге рішення порівняно з відповідними по тепловій потужності атмосферними пальниками, але більш значний діапазон за потужністю, простіше вирішувати питання з утворенням конденсату продуктів згоряння — можливе використання дизельних пальників.

Проміжний висновок: на даний момент через малий діапазон теплової потужності – газові повітронагрівачі з атмосферним пальником доцільно використовувати для невеликих припливних установок або моноблочних (покрівельних – Roof top) кондиціонерів. Для великих центральних кондиціонерів та припливних установок більш конкурентними є газові повітронагрівачі (теплообмінні модулі) з додатковим вентиляторним пальником.

Далі більш докладно про варіант виконання газових секцій нагріву, що складаються з теплообмінного модуля (повітронагрівача) та вентиляторного (надувного) пальника.

Матеріали для виготовлення теплообмінного модуля

Теплообмінний модуль під вентиляторний пальник умовно складається з камери згоряння і теплообмінника, що слідує за нею. Більшість виробників використовують такі матеріали.

Камера згоряння виконується з нержавіючої сталі AISI 430 (ГОСТ – 12Х17) під час роботи з повітрям, що нагрівається максимум до 120 °C. Для камер згоряння та різних з’єднань при нагріванні повітря до температур від 120 °C до 280/300 °C і при ступені нагрівання повітря (Δt) більше 80 °C використовується жароміцна нержавіюча сталь AISI 310 (ГОСТ – 20Х23Н18). Іноді при різних тисках і температурах повітря використовують різну товщину сталі для камер згоряння.

При виключенні конденсації продуктів згоряння всередині теплообмінного модуля труби теплообмінника можуть виготовлятися з вуглецевої сталі, наприклад зі сталі S235JR (ГОСТ – Ст3сп) або алюмінієвої сталі. У разі можливої конденсації продуктів згоряння в теплообміннику необхідно купувати повітронагрівач з теплообмінником з кислотостійкої нержавіючої сталі: AISI 316 (ГОСТ – 08Х17Н13М2), AISI 441 (немає аналога в ГОСТ згідно з DIN X2CrTiNb18), AISI 8 (немає аналога в ГОСТ згідно з DIN X2CrTi12), в якому має бути передбачений злив конденсату.

Явище утворення конденсату продуктів згоряння у самому теплообмінному модулі зумовлено підвищеним охолодженням даного модуля. При постійній номінальній витраті повітря це може бути викликано низькою температурою припливного повітря або зниженням теплової потужності пальника нижче 60-65% від номінальної при роботі на 100% повітрі, що рециркулюється.

Один із способів зменшити об’єм конденсату продуктів згоряння всередині теплообмінного модуля – це організація байпасної лінії, що працює в залежності від температури продуктів згоряння в димарі (фото 6). Які гази можуть бути використані для газових повітронагрівачів?

Є звані зріджені нафтові гази, тобто. гази, які є попутними при видобутку нафти. Або найчастіше їх називають зріджені вуглеводневі гази (СУГ): пропан (умовне позначення G31, хімічна формула C3H8) та бутан (G30, C4H10). Ці гази називають ще важкими вуглеводнями, пропан і бутан на відміну природного газу важче повітря і за витоках вони вибухонебезпечні, т.к. не випаровуються, а стелиться по підлозі, заповнюють ніші. Саме суміш пропану-бутану продають для побутових потреб у балонах у роздріб. Майже будь-який газовий пальник при заміні сопла (мембрани на газовому клапані) та перенастроюванні може працювати зі зрідженими вуглецевими газами.

У принципі, будь-якому об’єкті можна створити газову станцію з цистернами під ЗВГ (газгольдери), але т.к. скраплений нафтовий газ не принципово дешевше дизельного палива (у півтора рази, тоді як природний газ у нас дешевше дизельного палива більш ніж у сім разів), за досвідом для промислових об’єктів це дуже рідкісний варіант, тому більше на ньому не зупиняємось.

Нарешті, розглянемо найпоширеніший випадок: природний газ метан (G20, CH4). Газопроводи (газові мережі) під природний газ діляться:

газові мережі низького тиску – до 0,05 кгс/см2 (50 мбар або 5 кПа);
середнього тиску – від 0,05 до 3 кгс/см2;
високого тиску – від 3 кгс/см2

Для різних типів приміщень можна використовувати різні газопроводи. У нашому випадку йтиметься про газопровід середнього чи низького тиску. Вхідний тиск природного газу для атмосферних та премікс пальників лише низький (20 мбар), для них, як правило, при підключенні до газопроводу потрібно використовувати додаткові знижувальні редуктори.

Вхідний тиск у вентиляторних пальників (фото 7) може бути різним залежно від газової рампи, що використовується (мультиблока). Нижній діапазон залежить від характеристик рампи та теплообмінного модуля (камери згоряння), часто це 20 мбар, верхній поріг залежить від діаметра газової рампи (характеристик вбудованого в неї редуктора) і це фіксована величина (100, 360 або 500 мбар). Тобто вентиляторні пальники можуть працювати з низьким (до 50 мбар) та із середнім тиском природного газу (від 50 мбар).

Повітронагрівачі (теплогенератори) з додатковим вентиляторним пальником також можуть працювати з використанням дизельних пальників. Або можуть використовуватися комбіновані пальники, що працюють поперемінно з газом і дизельним паливом.

Фактично, якщо немає частої зміни виду палива, об’єкт попередньо потрібно запустити на дизельному паливі, а потім перевести на природний газ, адже значно дешевше спочатку поставити дизельний пальник, а потім купити газовий пальник, ніж відразу придбати комбінований.

Проектів із дизельними пальниками, напевно, в середньому один на 30 газових, тому нюанси влаштування паливопроводів під дизельне паливо опустимо. Головною особливістю таких проектів для припливних установок, тобто. проектів при використанні аналізованих дизельних пальників, є необхідність обов’язково уникати роботи в режимі конденсації продуктів згоряння.

Газові та дизельні вентиляторні пальники, автоматика

Повітронагрівачі (теплообмінні модулі) можуть бути укомплектовані тільки сертифікованими газовими або дизельними пальниками. Залежно від завдання такі пальники можуть бути: одноступінчасті – працюють на одній фіксованій потужності; двоступінчасті – працюють на двох попередньо встановлених значеннях потужності (низькому та високому); модулюючі – потужність її роботи може плавно змінюватись від мінімальної до максимальної величин.

Підбір пальника здійснюється за потужністю теплогенератора та протитиску, що створюється в камері згоряння, крім цього необхідно враховувати довжину сопла пальника.

Довжина сопла пальника має бути в діапазоні, вказаному виробником теплообмінних модулів.

Повітронагрівачі (теплообмінні модулі) обладнані блоком термостатів, які забезпечують внутрішню логіку роботи та безпеку секції нагріву, але не керують температурою в опалювальному та/або вентильованому приміщенні.

Автоматика для керування температурою в приміщенні (в повітроводі) є окремим питанням, що залежить від поставленого завдання та пальника.

Особливості розміщення припливних установок із газовим нагріванням

При розміщенні усередині приміщення (фото 8). Якщо всередині приміщення, що опалюється, — дивися НПБ 252–98 «Апарати теплогенеруючі, що працюють на різних видах палива. Вимоги пожежної безпеки». Якщо у вентиляційній камері (фото 9) — норми щодо розміщення дивись СНиП II-35–76* «Котельні установки».2. Встановлення вуличного виконання. Найпростіший варіант з погляду погоджень/норм, але є нюанси виконання. Також не варто забувати і про особливості технічного обслуговування «на свіжому повітрі».

Стандартні (типові) європейські підлогові повітряні теплогенератори (повітрянагрівачі) у разі вуличного виконання розраховані на тривалу надійну експлуатацію при температурах до –15(20) °C. Автоматика пальника дозволяє їй вмикатись при температурах не нижче –15 °C.

В даному випадку зазвичай пальник та електричний щит просто закривають зверху кожухом із сендвіч-панелей (фото 10). Найчастіше цього досить, т.к. пальник при роботі гріє себе та простір навколо. Є приклади, коли навіть таке стандартне виконання нормально служить у найскладніших кліматичних умовах не один рік.

На фото 11 представлений приклад більш ґрунтовного виконання секції газового повітронагрівача у разі його вуличного розміщення. Секція з пальником ізольована не лише зверху та з боків, а й знизу. Для вентиляції секції (надходження повітря на горіння) зроблено ґрати. У регіонах, де взимку можуть бути особливо низькі температури (нижче –30 °C), обов’язково потрібне додаткове обігрів секції з пальником. Найчастіше всередину блоку з пальником встановлюють додатковий електричний нагрівач, іноді роблять надходження теплого повітря в секцію з пальником з опалювального приміщення або з вентиляційного каналу після нагрівання повітря.

Коли доцільно застосування газових повітронагрівачів

У загальному випадку газовий повітронагрівач (тобто припливна установка з газовою секцією нагріву) виходить дорожче за капітальними витратами аналогічної установки з водяним (електричним) нагріванням, але, з іншого боку, газовий повітронагрівач буде завжди дешевше, ніж зв’язка «котельня + водяна припливна» встановлення» аналогічної теплової потужності.

Відповідно, газові повітронагрівачі найбільш конкурентні, коли немає паралельної великої котельні (теплотраси), а невелика котельня використовується, припустимо, на якийсь невеликий АБК (офісний центр) та/або ГВП (фото 12).
Тобто, на основі газових повітронагрівачів будується єдина система повітряного опалення та вентиляції: виробничого приміщення, складу, торговельного комплексу, кінотеатру чи спортзалу. Як правило, в цьому випадку в припливних установках (повітронагрівачах) передбачаються камери змішування для одночасної роботи з повітрям, що припливає і рециркулюється. Можливо? опалювати та/або вентилювати особливо пожежонебезпечні приміщення за рахунок подачі перегрітого 100% припливного повітря, але такі установки складні та дорогі. Спочатку основне призначення газових повітронагрівачів – це повітряне опалення. Газовий повітронагрівач в режимі чистої припливної установки, що вирішує лише завдання вентиляції, застосовують для приміщень, що обігріваються газовими інфрачервоними обігрівачами (променисте опалення) або навісними газовими повітронагрівачами (газові АВО).

В даний час на ринку представлено кілька типів агрегатів з газовим нагріванням повітря. Перший тип – це підлогові повітряні теплогенератори (газові повітронагрівачі). Такі пристрої складаються, як правило, лише з теплообмінного модуля та секції вентиляторів. Другий – моноблочні дахові кондиціонери (англійською їх називають Roof Top), які крім секції охолодження можуть мати секцію нагріву на воді, електриці або газі. Нарешті, третій – замовні припливні та приточновитяжні установки з газовою секцією нагріву.

Зрозуміло, що використання стандартних рішень – це нижчі капітальні витрати, але іноді єдиний прийнятний варіант – замовні установки, укомплектовані, наприклад, секціями рекуперації, зволоження та іншим додатковим обладнанням. На цю тему вважаємо розкритою, якісь нюанси щодо конкретного завдання краще уточнити у профільного фахівця.

Використані матеріали сайту: “http://c-o-k.ru”

Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.