Отопление на водороде

Отопление дома водородом. Котлы отопления на водороде.

12 Ноября 2014

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.
Отопление дома водородом на сегодняшний день – это новинка, которая хотя и не имеет пока широкого применения, но уже успела привлечь к себе пристальное внимание потребителей.
Водород является одним из наиболее легкодоступных и широко распространенных материалов, но он, в основном, находится в виде соединений, и больше всего его – в воде. Сегодня технологии, связанные с водородом, в частности, производство отопительных систем, интенсивно развиваются.
Водород в этой области представлен котлами отопления. Водородные котлы это практически неисчерпаемые экологически чистые источники энергии. При использовании водорода в качестве источника тепла отпадет необходимость в ископаемых ресурсах.
Использование водорода для отопления одновременно решает и проблему загрязнения окружающей среды, так как в водородных котлах нет пламени, значит нет и продуктов горения.
Тепловая энергия является результатом каталитической реакции. При вступлении водорода в реакцию с кислородом образуется вода. Реакция сопровождается выделением тепловой энергии, которую, например, можно использовать для обогрева теплых полов.
В основном водородные котлы имеют несколько вариантов мощности, которые выбирают соответственно отапливаемым помещениям и их размерам. Мощность данного типа оборудования измеряют определенными каналами, максимальным показателем которого является 6. Водородные котлы – это своего рода модульная котельная установка, поэтому каналы мощности могут функционировать независимым друг от друга способом.
Присутствие катализатора в каждом из каналов активизирует выработку молекул воды, одновременно сопровождающуюся процессом выделения теплового потока. Полученное тепло поступает в камеру сгорания, точнее, в установленный там теплообменник. За это время тепловой поток нагревается до 40?С, самой приемлемой и идеальной температуры для систем теплых потолков и полов.

Основным преимуществом данной системы является возможность ее применения вспомогательным отопительным оборудованием для основных отопительных систем, которые функционируют при низкотемпературном режиме.
Вполне возможно, что этот революционный энергоноситель, чистый и существующий практически в неограниченном количестве, вместе с возобновляемыми природными энергоресурсами в самом ближайшем будущем освободят общество от постоянной добычи ископаемых видов топлива. Это безусловно благоприятно скажется на окружающей среде, климате, а также на экологической ситуации в мире.

Составные части водородной установки

Устройство системы для отопления, функционирующей на водороде, достаточно проста.

Котел, играющий роль теплообменника, – это основной элемент, где происходит выработка водорода.

Котел, функционирующий на водороде, можно собрать из доступных элементов, а для его работы необходима лишь обычная или дистиллированная вода (+)

Элетролизер – главная действующая часть котла, где происходит электролитическая реакция, приводящая к распаду воды на H2 и О2. Элемент представляет собой резервуар, наполненный водой, в который помещаются металлические электроды, обладающие максимальной проводимостью тока.

К пластинкам подсоединены провода, по которым осуществляется подача электричества.

Горелка – приспособление, способствующее разогреву теплоносителя в отопительной системе. Находится в топочной камере, для ее разжигания подается искра.

Клапан горелки – специальная деталь, находящаяся в верхней части устройства. Благодаря этой детали H2, поднявшийся наверх, легко преодолевает барьер, недоступный другим выделившимся веществам, и поступает непосредственно в горелку.

В заводских водородных котлах предусмотрен блок управления. На панели отображаются показатели напряжения и тока, регулятор мощности и рычаги настройки других параметров работы

Трубопровод – коммуникации, которые отходят от агрегата и используются для подачи тепла во все помещения дома. Для обвязки используют трубы отопления диаметром диаметром 25-32 мм. При прокладке соблюдают основополагающее правило: диаметр каждого следующего разветвления должен быть меньше, чем у предыдущего.

Критерии выбора генераторов

При решении приобрести подобную технику, важно обращать внимание на следующие критерии.

Мощность. У современных приборов величина этого показателя может значительно варьироваться, что позволяет выбрать оптимальный вариант как для небольшого дома, так и для двух-, трехэтажного строения.

Средний расход воды в современных моделях генератора не слишком велик. В течение 24 часов для функционирования прибора понадобится примерно 5,5 литров, за счет которых генерируется 1,2-2 литров топлива

Число контуров. На приборах, функционирующих на водороде, обычно устанавливается отопительный контур. В некоторых моделях предусмотрен также дополнительный монтаж второго (нагревательного) контура.

Уровень потребления электроэнергии. Технологии сегодняшнего дня позволяют добиться отличной производительности тепла при использовании минимума электричества. Энергопотребление различных видов генераторов варьируется от 1,2 до 3 кВт за 1 час.

Низкий расход электроэнергии достигается благодаря тому, что водородный котел работает не беспрерывно, а лишь для поддержания определенной температуры в помещении.

Источник питания. Все разновидности водородных генераторов можно разделить на две большие категории: одна работает от газа, другая – от электричества.

Производитель. Лучше предпочесть проверенных производителей (Италия, США). Стоит опасаться некачественной продукции, предлагаемой сомнительными предприятиями по крайне низким ценам.

Советы по эксплуатации котла

Для улучшения функционала агрегата важно придерживаться прилагаемой инструкции. Усовершенствовать работу прибора можно, добавив дополнительные детали (при этом следует строго соблюдать правила безопасности).

Установленный на горелке датчик пламени повышает безопасность системы. При затухании огня устройство в автоматическом режиме перекрывает поступление горючего газа в горелку, тем самым препятствуя его попаданию в помещение

Можно вмонтировать во внутреннюю часть теплообменника специальные датчики, позволяющие отслеживать повышение показателей нагрева воды, а также дополнить конструкцию горелки запорной арматурой.

Достаточно подключить ее непосредственно к датчику температуры, чтобы котел автоматически выключался, как только нагрев достигнет заданного показателя.

Полезно также установить устройство нормированного охлаждения котла.

Устройства на водороде могут применяться не только как единственное отопительное оборудование в доме, но и совмещаться с другими системами нагрева. Основные теплоустановки в этом случае могут работать в низкотемпературном режиме.

В случае соблюдения норм эксплуатации агрегат, работающий на водороде, послужит не один десяток лет. Хотя гарантийный срок подобных устройств составляет 15 лет, на практике они могут качественно работать на протяжении 20-30 лет.

Починка подобных аппаратов не составит труда опытному мастеру, поскольку принципиальная схема котла на водороде не слишком отличается от аналогов, работающих на иных видах топлива.

Энергоэффективность водородного котла

Чтобы понять, получится ли у нас «на выходе» котла энергия больше, чем затраченная, просто рассмотрим внимательнее молекулу воды — в ней два атома водорода и один кислорода, которые крепко связаны между собой. Чтобы разорвать эту связь, необходимо «приложить» довольно много энергии, это и делает электролизер за счет электричества. В результате получается смесь водорода и кислорода, которые обладают потенциальной (буквально, растворенной в них) энергией, и которая может выделиться в результате процесса горения и обеспечить тепло дому. Чтобы понять, сколько же энергии получится от горения, стоит присмотреться к тому, что получится в результате горения. А получится у нас… та же самая вода, которую мы расщепляли на атомы.

Фактически, после всех этих манипуляций, в лучшем случае мы получим ровно столько энергии, сколько было потрачено на разделение исходной молекулы воды. Так как, от воды мы уходили, и к воде же и пришли. Но это — в идеальном случае, где отсутствуют неизбежные в реальности потери. Т.е. даже в идеальном случае сколько электричества мы потратим, столько тепла получим.

Производитель указывает на наличие «секретного» катализатора

Дополнительные молекулы воды для расщепления тоже взять неоткуда — сколько сначала разделили, столько потом и соединим при сжигании водородно-кислородной смеси. Опять же, за вычетом потерь. Кроме того, не надо забывать, что водородный котел работает за счет дистиллированной воды, на производство которой тоже расходуется энергия. Как видно невооруженным глазом, эффективность водородного котла не может быть высокой.

Тогда встает закономерный вопрос — зачем все эти сложности с расщеплением, если существуют устройства, которые непосредственно переводят электроэнергию в тепло и называются электрические котлы? Если просто нагревать воду за счет электрической энергии, вся эта энергия практически без потерь уйдет на нагрев воды — получается выгоднее, чем через электролизное разложение и последующее «восстановление» воды сжиганием смеси водорода и кислорода с сопутствующими потерями.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

Как известно, электрический котел считается самым неэффективным отопительным устройством, иначе говоря, стоимость тепла, произведенного за счет этого устройства, будет наиболее дорогой.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Тип отопления	Энергоэффективность, %
Тепловой насос	150-400
Котел на жидком топливе или газе	70-96
Электрический котел	35-45
Водородный котел	5-10

Как мы уже выяснили, отопление за счет водородного котла уступает по эффективности даже электрическому. Правда, мир не стоит на месте. Вполне возможно, что настанет день, когда использование современных технологий позволит удешевить сотни бытовых процессов, а отопление за счет водородного котла или его аналогов станет действительно выгодным.

Преимущества и недостатки водородных котлов

Сильными сторонами подобных устройств являются:

1. Полная экологичность. Продукты разложения воды не наносят вреда атмосфере, они совершенно безопасны для здоровья людей и домашних животных.
2. Высокий уровень КПД, который может достигать 96%. Это значительно выше коэффициента полезного действия дизеля, природного газа или угля.
3. Экономия природных ресурсов за счет применения альтернативных источников энергии.
4. Невысокая цена получаемых калорий. Для подобных устройств достаточно воды и немного электричества.

В то же время у подобных устройств есть и слабые стороны.

К числу минусов нужно отнести следующие нюансы:

1. Требовательность в обслуживании. Для максимально высокой степени выработки H2, необходимо каждый год заменять металлические пластины. Помимо замены электродов, для производства запланированного количества энергии необходимо регулярно добавлять катализатор. Частота этой процедуры зависит от мощности, а также от особенностей определенной модели.
2. Высокую стоимость – заводская установка обойдется не менее, чем в 35-40 тысяч рублей.
3. Опасность взрыва при повышении нормированного давления в котле.
4. Дефицит водородных баллонов – их достаточно редко можно встретить в продаже.
5. Ограниченность выбора. Поскольку подобные отопительные приборы не слишком распространены на российском рынке, не всегда можно быстро найти подходящую модель, а также отыскать компетентных специалистов для монтажа и ремонта оборудования.
6. Необходимость подвода коммуникаций. Для работы устройства необходимо постоянное подключение к электропитанию для осуществления реакции электролиза, а также к источнику воды, расход которой зависит от мощности прибора.

Необходимо упомянуть о том, что производители уделяют большое внимание новым технологиям, стремятся усовершенствовать водородные котлы, устраняя или минимизируя недостатки.

Версия для печати

Газовик — промышленное газовое оборудование Продукция Статьи

Модульные котельные установки (транспортабельные и блочные котельные установки) представляют собой один или несколько блок-модулей (в зависимости от необходимой тепловой мощности) с установленным внутренним технологическим оборудованием и оборудованием для подключения к инженерным сетям. Такие котельные поставляются Заказчику в полной заводской готовности.

Схема и характеристики котельной установки зависят от нескольких факторов: необходимой тепловой мощности, используемого топлива (природный газ, сжиженные газ, попутный нефтяной газ, мазут, дизельное топливо, отработанное масло, уголь, кокс, многотопливные котельные), назначения котельной установки (отопительные или промышленные котельные). Тип топлива является самым главным критерием для дальнейшего подбора оборудования, а именно котлов и горелок. В зависимости от топлива можно выделить газовые котельные, а так же дизельные, нефтяные, мазутные, твердотопливные котельные.

Основные требования к проектированию и строительству котельных с давлением пара не более 3,9 МПа (40 кгс/см2) и с температурой воды не более 200°С собраны в своде правил СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76».

В соответствии с вышеуказанным нормативным документом все котельные установки делятся на две категории:

• категория I — котельные установки, которые являются единственным источником тепловой энергии или которые обеспечивают тепловой энергией потребителей без индивидуальных резервных источников тепла
• категория II — котельные установки, не относящиеся к первой категории

Работа котельных установок

Рассмотрим работу котельной на примере водогрейной котельной установки. В котлах происходит нагрев теплоносителя (в большинстве случаев, воды) для подачи ее потребителю.

Установленные насосы способствуют постоянной циркуляции теплоносителя (подача ее потребителю и возврат ее обратно). Вода поступает по трубам в теплоисточник (радиатор, теплые полы, отопительные котлы).

В котельной обязательно должна быть предусмотрена регулировка продолжительности работы и температуры теплоносителя. Линия подачи воды потребителя называется прямой линией (или подающей).

Поступив в радиаторы, вода остывает и возвращается обратно. Это является обратной линией котельной.

Оборудование котельной установки

Оборудование для блочно-модульной котельной подбирается и компонуется по Индивидуальному заказу на основе заполненного Опросного листа на ТКУ, в котором указываются основные требования и параметры основного оборудования. Блочно-модульная котельная состоит из:

• Здание котельной
• Котельное оборудование (котлы)
• Горелки
• Газовое оборудование
• Насосное оборудование
• Теплообменная система котельной
• Системы автоматизации, связи и сигнализации, контроля и пожарной безопасности
• Системы водоочистки и водоподготовки
• Мембранный расширительный бак
• Газоходы и дымовые трубы

Блок-модуль котельной

Здание транспортабельной котельной представляет собой блок-модуль (контейнерный модуль). Это одноэтажная каркасная конструкция из негорючих материалов для обеспечения пожарной безопасности и высокой огнестойкости.

Необходимая мощность котельной определяет количество модулей каркасного типа, их габаритные размеры (см. ГОСТ 23838-89 «Здания предприятий. Параметры»).

В случае возможности установки всего оборудования в один блок-бокс, завод-изготовитель котельной может порекомендовать предусмотреть одно или несколько алюминиевых окон или стальных дверных проемов.

Здание модульной котельной является сварной каркасной конструкцией с основанием в виде платформы, за счет которой увеличивается прочность конструкции и способность ее сопротивляться ветровым и снеговым нагрузкам. Стальные швеллеры служат основой стоек, балок и прогонов каркаса. Прокатные швеллеры или уголки используются для балок пола. В качестве ограждающих конструкций блок-модуль обшиваются сэндвич-панелями из листов рифленой стали. Крышу котельной традиционно делают одно- или двускатную.

Устройство теплоизоляции здания котельной (утеплитель, подшивка) позволяет эксплуатировать котельную при низки температурах. Также все металлоконструкции должны пройти антикоррозионную обработку.

При проектировании здания котельной следует учитывать требования к взрывопожарной безопасности и огнестойкости сооружения в соответствии с СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (с Изменением N 1)».

Котельное оборудование

Котлы являются одним из важных элементов котельных установок. Именно в них происходит нагрев теплоносителя или получение пара.

В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» различают водогрейные, паровые и пароводогрейные котлы.

Теплоноситель для котельных (вода или пар) образовывается за счет получаемой тепловой энергии от сжигания топлива (в случае газовых, твердотопливных и жидкотопливных котлов) или за счет преобразования электроэнергии в тепловую (в случае электрических котлов). Корпус котла изготавливается из чугуна или из стали в зависимости от используемого вида топлива.

Например, в случае использования твердого топлива на стальных стенках котла происходит отложение серы, из-за чего срок службы котла сокращается. Выходом из этого может стать использование чугунных котлов, но они тоже обладают одним недостатком: являются слишком большими и громоздкими.

При выборе вида и количество котлов производятся технико-экономические расчеты, для которых учитываются следующие факторы:

• производительность котлов и котельной в целом
• обеспечение стабильности в работе котлов при минимальной нагрузке в теплый период года
• количество потребителей
• расстояние доставки теплоносителя до конечного потребителя
• требования к КПД котла
• вид топлива и его химические характеристики (твердое топливо, газ, электричество)
• автоматизация работы котельной и ее степень
• габаритные размеры котла
• прочность котла
• возможность очистки, промывки и ремонта котла

При выборе количества котлов следует помнить пп. 4.8. и 4.14. СП 89.13330.2012, в соответствии с которыми минимальное количество котлов определяется категорией котельной: в котельных первой категории устанавливается минимально два котла, в котельных второй категории — один котел.

Горелки

Одним из важных рабочих элементов котельной является горелка (кроме электрических котлов). Функциями любых горелок (газовых, дизельных) являются подготовка, смешение топлива и воздуха и сжигание полученной горючей смеси в камере сгорания котла, за счет чего происходит нагрев теплоносителя в котле.

Выбор конструкции и типа горелки осуществляется на основании используемого топлива (жидкого топлива или газа), а также анализа требований к мощности и производительности котла, размерам камеры сгорания котла, диапазону и типу регулирования горелки. Так, газовые горелки бывают одноступенчатыми, двуступенчатыми (с возможностью работать в двух режимах), плавно-двухступенчатые (работают в диапазоне заданных режимов) и модулируемые горелки (работают в диапазоне мощностей от 10 до 100%).

Газовое оборудование для котельных

К газовому оборудованию котельных относятся:

Требования к использованию газового оборудования достаточно строгие из-за повышенной горючести газа. Их (требования) Вы можете посмотреть в СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76». Согласно им, установки ГРУ устанавливаются в здании котельной, а пункты ГРП на площадке котельной.

Также, если каждый котел имеет тепловую мощность более 30 МВт, рекомендуется предусматривать две линии редуцирования (т.е. дублирующая нитка редуцирования включается только в случае выхода из строя основной линии редуцирования).

Если тепловая мощность котлов в котельной менее 30 МВт, возможна установка одной линии редуцирования (кроме котельных I категории).

Количество трубопроводов подачи газа также регламентируется Сводами Правил СП 89.13330.2012: в котельных I категории мощностью до 30 МВт, которые работают только на газе, газ от ГРУ или ГРП может поступать от двух трубопроводов; в котельных II категории — от одного.

Регуляторы давления газа необходимы для регулирования давления поставляемого газа вне зависимости от расхода: обычно регуляторы давления понижают давление газа.

Фильтры толстой и тонкой очистки газа необходимы для фильтрации газа от примесей, твердых частиц и вкраплений, которые могут засорить трубопроводы, снизить производительность котлов и уменьшить срок службы оборудования.

Запорная и предохранительная арматура устанавливается на газовой линии котельной также для нормальной и безопасной эксплуатации газового оборудования. Основными элементами такой арматуры являются запорные и термозапорные клапаны, контрольные клапаны, обратные клапаны, предохранительные клапаны, задвижки.

Насосное оборудование котельных

Насосы необходимы для равномерной подачи теплоносителя и его отпуска, транспортировки теплоносителя по трубам к тепловому источнику и циркуляции теплоносителя. В зависимости от специфики котельной и используемого котельного оборудования выбирается тип и конструкция насоса (см. СП 89.13330.2012). Конструктивно насосы изготавливаются и поставляются с паровым или электроприводом.

По типу насосы бывают сетевые (для циркуляции теплоносителя в системе), питательные (для подачи воды к котлам), циркуляционные (для обеспечения заданного напора воды у потребителя), антиконденсационные и подпиточные (для восполнения системы водой из внешних источников) насосы. Количество насосов рассчитывается исходя из производительности котельной.

При этом в некоторых случаях обязательна установка резервного насоса.

Теплообменная система котельной

Система ГВС котельной состоит из теплообменников, обычно пластинчатых, и водоподогревателей (паровых, водяных, пароводяных). Теплообменное оборудование необходимо для подогрева нагреваемой воды от горячей среды.

Количество водоподогревателей рассчитывается для каждой системы котельной (системы вентиляции, системы отопления) и в зависимости от необходимых параметров отпускаемой воды/пара.

Автоматизация котельных установок, системы связи, сигнализации, контроля и пожарной безопасности

Особенностью котельных (котельных установок) является полностью автоматизированная работа котельной без постоянного присутствия персонала, но под постоянной диспетчеризацией и контролем посредством вывода информации о параметрах работы котельной на дистанционном пульте управления.

В случае аварийных ситуаций (прекращение подачи топлива к горелкам, понижение/повышение давления воды/пара/масла, повышение/понижение уровня воды, исчезновение электрического напряжения, повышение/понижение температуры воды/масла на выходе и т.п.) информация о них поступает на пульт управления котельной.

Для оповещения о поломке оборудования должна быть предусмотрена система сигнализации (звукая, световая). При этом автоматически происходит отключение вышедшего из строя оборудования и ввод в работу резервного оборудования.

Регулирование параметров работы котельной должно осуществляться автоматически, если эти параметры выходят за рамки заданных.

Случаи сигнализации, оповещения и регулирования приведены в СП 89.13330.2012.

Водоподготовка котельных установок, водоочистка

Система водоподготовки в котельных необходима для очистки воды перед поступлением в котлы или тепловые сети от механических примесей и растворенных загрязнителей, деминералиции и умягчения.

Это предотвращает образование накипи на котельном оборудовании, образование коррозии и вспенивание котловой воды и унос солей с паром.

Для подготовки воды используется несколько методов: механическая фильтрация и нанофильтрация, обратный осмос, известкование, ультрафильтрация, дехлорирование, натрий-катионирование и др.

Вода и пар, используемая в котельной, должна отвечать требованиям:

• ГОСТа 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»
• СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»

Устройство и принцип работы

• Как и все твердотопливные агрегаты, водяной котел на дровах обладает камерой сгорания, куда через верхнюю дверцу производится закладка дров. Единственное отличие, это очень вместительная топка.
• В ней размешается колосниковая решетка.
• Под решеткой располагается специальная камера, куда падает зола от сгоревших дров. В камере есть дверца, через нее производится очистка золы и углей. Кстати, многие производители устанавливают выдвижной поддон, он облегчает процесс чистки.
• В верхней части обязательно монтируется дымоход.

Внутреннее устройство

А вот теперь отличительные особенности конструкции.

• Внутри камеры сгорания установлен теплообменник, обычно из чугуна. Это полая литая конструкция, внутри которой движется нагретый воздух, а не горячая вода. Именно с помощью горячего воздуха и производится нагрев воды для хозяйственных нужд.
• И основная часть котла – это бак (резервуар). Здесь присутствует два варианта — как расположен бак относительно камеры сгорания. Он может быть установлен сверху или сбоку. Первый вариант предпочтительнее, потому что горячий воздух всегда стремиться вверх, что позволяет провести эффективную схему установки теплообменника.
• И, как дополнительный элемент прибора, это вентилятор, который устанавливается не во всех моделях. Он обеспечивает подачу свежего воздуха в камеру сгорания. Кстати, устанавливается он с боку топки.

Корпус водогрейного агрегата изготавливается из металла (это высокопрочная сталь), обязательно устанавливаются тепловые отражающие экраны, их размещают на внутренних поверхностях корпуса. Они не только не дают стенкам котла перегреваться, но и являются надежной защитой от химически агрессивных веществ и механических повреждений.

Принцип работы

Камера сгорания чаще всего изготавливается из чугунных плит. Некоторые производители предлагают котлы, топки которых собираются из огнеупорного кирпича.

Внимание! Конструкция камеры сгорания данного вида водогрейных котлов не позволяет использовать технологию сжигания твердого топлива пиролизным способом. Просто нет возможности разделить топку на две отдельные камеры сгорания. И в этом вся проблема.

Принцип работы

Принцип работы водогрейного котла на дровах основан на сжигании топлива, которое отдает свою тепловую энергию чугунному теплообменнику. Он в свою очередь передает тепло воздуху, который находится внутри него. Последний перемещается по внутренним полостям и попадает в продолжение теплообменника, расположенного внутри бака, заполненного холодной водой.

Проходя по теплообменнику в баке, воздух отдает свою тепловую энергию воде. Так и происходит нагрев. Охлажденный затем он опять возвращается в теплообменник, расположенный в камере сгорания. И цикл повторяется. Все очень просто и оригинально. К тому же воздух нагревается быстрее, чем вода, что является причиной быстрого нагрева воды в самом баке.

Водогрейный котел

Добавим, что часть тепловой энергии поступает в бак через металлические стенки самого твердотопливного водогрейного котла. Это плюс, который увеличивает показатель эффективности. Кстати,

• Коэффициент полезного действия таких установок 80-85%. Не самый высокий уровень для твердотопливных котлов. Но именно для этой водогрейной конструкции считается нормальным.
• В резервуаре вода нагревается до +95°С, при давлении 0,6 атм.

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

• 12-Вольтный блок питания;
• 30-Амперный ШИМ регулятор;
• трубки разных диаметров, изготовленные из нержавеющей стали;
• емкость.

Вода в идеально герметичных условиях подается внутрь емкости с диалектиком. Там расположены пластины из нержавеющей стали, примыкание которых друг к другу обеспечивается изолятором. Пластины получают 12-Вольтное напряжение. Результатом будет разложение воды на газы.

Использование ШИМ регулятора позволяет преобразовывать постоянный ток в импульсный или переменный, что увеличивает общую эффективность системы.

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.

Как сделать котел самостоятельно

Генераторы отопления имеют достаточно легкую конструкцию. При известном уровне мастерства можно собрать прибор самостоятельно. В то же время из-за взрывоопасности водородной смеси такая работа требует чрезвычайной ответственности, знаний техники безопасности и опыта монтажа подобных устройств.

При самостоятельном изготовлении прибора не удастся избавиться от солидных финансовых затрат, поскольку часть компонентов лучше приобрести готовыми. Высокий риск заставляет задуматься о заводских установках, на которые производители дают долгосрочные гарантии

Процесс изготовления своими руками водородного котла можно разделить на несколько этапов.

Шаг №1 – выполнение чертежа и подготовка материалов. Прежде всего следует найти в Интернете аналогичные проекты, чтобы на их основе продумать приспособление, которое соответствовало бы всем условиям и возможностям.

Необходимо точно рассчитать все показатели, и прежде всего, необходимую мощность, а также решить вопрос о материалах, которые будут использоваться для изготовления котла. Оптимальным вариантом считаются ферромагнитные сплавы, однако вполне подойдет емкость, выполненная из нержавеющей стали.

Хотя отопительные водородный генератор может иметь разные конструкции, неизменными остаются следующие детали:

• 12-вольтный источник энергии;
• резервуар, где будет располагаться конструкция;
• ШИМ-регулятор мощностью не менее 30 А;
• несколько трубок разного диаметра, изготовленных из стали-нержавейки;
• стальной лист;
• ножовка по металлу;
• газовая горелка – лучше готовая, приобретенная в магазине.

Шаг 2 – создание электролитов. Для изготовления пластин, которыми будет оснащен электролизер, нужно взять лист стали средней толщины. При помощи ножниц для металла, ножовки или иного инструмента он разрезается на равные полоски в количестве 18 и более штук (число должно быть обязательно четным).

С обратной страны в каждой из них необходимо просверлить отверстия для болтов, которые понадобятся, чтобы удерживать эти элементы в электролите совершенно неподвижно.

Все пластины делим на аноды и катоды, в зависимости от этого деления к ним подсоединяются провода, соответственно передающие положительный и отрицательный заряды.

Использование постоянного тока более результативно, нежели применение переменного. В качестве его источника лучше всего воспользоваться генератором типа ШИМ.

Шаг №3 – сборка электролизера. Наилучшим материалом для изготовления этого элемента является нержавеющая сталь. Из металла сваривается надежная конструкция прямоугольной либо квадратной формы, после чего в нее заливается вода либо смесь H2O с катализатором, а также размещаются подготовленные пластины с подсоединенными проводками.

Шаг №4 – подсоединение горелки. В верхней части устройства монтируется горелка – лучше воспользоваться покупной моделью, приобрести которую можно в специализированном магазине.

Шаг №5 – монтаж и подсоединение сепаратора, который необходим для выделения из смеси газов водорода.

В заключение прокладывается трубка, по которой H2 будет подниматься до горелки, а также подсоединяются элементы, отводящие тепло и распределяющие его по всему дому.

Какая вода лучше – обычная или дистиллированная

Один из вопросов, который часто задают владельцы водородных котлов, касается воды, использующейся для работы устройств.

Дистиллированную воду для работы водородного котла можно приобрести в магазинах или наладить ее производство самостоятельно, используя простейшую установку

По мнению специалистов, наилучшие показатели заводские или самодельные устройства демонстрируют при работе на дистиллированной воде, в которую добавлено совсем немного гидроксида натрия (на 10 литров H2О – одну столовую ложку).

Однако водородный котел может с успехом функционировать и на водопроводной воде, главное, чтобы в ней не содержались соли тяжелых металлов.

РОССИЙСКОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ»

Утверждаю

Начальник Департамента генеральной
инспекции по эксплуатации
электрических станций и сетей
ОАО РАО «ЕЭС России»

И.Ш. Загретдинов

«18» июня 2004 г.

ИНСТРУКЦИЯ
ПО КОРРЕКЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
КОМПЛЕКСНЫМ РЕАГЕНТОМ
EPURAMIN (ЭПУРАМИН) ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
КОТЛОВ ДАВЛЕНИЕМ 2,4 — 13,8 МПа

СО 34.37.535-2004

Разработан: ОАО «Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ»).

Исполнители: Б.С.Федосеев, А.Ф.Богачев (ОАО ВТИ).

Окончательная редакция настоящего стандарта организации и подготовка к утверждению выполнена Департаментом генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей ОАО РАО «ЕЭС России» (И.Ш. Загретдинов, О.Б. Данилов, Ю.С. Шкондин).

Утвержден ОАО РАО «ЕЭС России» «18» июня 2004 г.

Инструкция определяет технологию коррекционной обработки теплоносителя комплексным реагентом (КР) эпурамином на электростанциях с барабанными котлами давлением 2,4 — 13,8 МПа, работающими как в составе энергоблоков, так и в тепловых схемах с поперечными связями.

Инструкция предназначена для персонала электростанций энергосистем, проектных и наладочных организаций.

Инструкция разработана на основе временного регламента но коррекционной обработке хеламином РД 153-34.1-37.534-2002, т.к. данный реагент также является коммерческой смесью нейтрализующих летучих и пленкообразующих аминов. При этом учитывались особенности его применения и опыта эксплуатации ТЭС на эпураминном режиме.

Инструкция по коррекционной обработке эпурамином теплоносителя котлов давлением 2,4 — 13,8 МПа

СО 34.37.535-2004 Введено впервые

1.1. Водно-химический режим с использованием летучих и пленкообразующих аминов рекомендуется на станциях, имеющих побочные проявления фосфатного режима (охрупчивание экранных труб, фосфатные отложения, низкая щелочность котловой воды и др.), а также работающих с частыми пусками-остановами, т.к. комплексный реагент (КР) обеспечивает защиту от коррозии и отложений всего пароводяного тракта как в эксплуатационном, так и стояночном режимах.

Применение КР исключает из коррекционной обработки теплоносителя использование гидразина — высокотоксичного вещества.

1.2. При внедрении эпураминного режима используются штатное оборудование и схемы для дозирования гидразина, аммиака, фосфатов.

1.3. При эпураминном режиме должны соблюдаться все требования отраслевых НТД в части нормирования показателей качества теплоносителя (кроме рекомендуемых в инструкции), организации химического контроля, проведения продувок, растопок и остановов котлов, контроля состояния теплосилового оборудования, эксплуатационных химических очисток котлов.

1.4. Для коррекционной обработки теплоносителя барабанных котлов давлением 2,4 — 13,8 МПа применяется комплексный реагент эпурамин следующих марок: Epuramine V 200, Epuramine V 2000, Epuramine V 210, Epuramine V 2100.

Патентодержателем, владельцем торговой марка и производителем эпурамина является французская компания «Epuro». Монопольным поставщиком на рынок СНГ является компания «Гидро Тех Инжиниринг», г. Днепропетровск и г. Москва.

1.5. Поставка товарного эпурамина должна сопровождаться сертификатами происхождения, качества, соответствия. На каждую марку эпурамина должен быть паспорт безопасности, гигиенический сертификат. В поставку должен входить набор реактивов для определения эпурамина в конденсатно-питательном тракте.

2. СВОЙСТВА ЭПУРАМИНА И МЕХАНИЗМ ЕГО ДЕЙСТВИЯ В ПАРОВОДЯНОМ ТРАКТЕ.

2.1. Эпурамин обладает специфическим запахом, характерным для аминов. Плотность при 20 °С — 1,1 г/см3 величина рН при 20 °С — 12,6, термостабилен до 550 °С, смешивается с водой в любых соотношениях.

Определение производится по методике определения октадециламина.

Пленкообразующие амины типа Epuramine V 2000 имеюn вид

где n может изменяться от 1 до 7, R — алифатическая цепь с C12 минимум и C18 доминирующим.

Некоторые марки эпурамина содержат так же поликарбоксилаты, эффективные диспергаторы.

2.2. Так называемые пленкообразующие амины (ПОА) в основном представляют собой первичные, вторичные и третичные амины с одной или несколькими функциональными группами, которые, помимо азота, содержат длинные алкильные цепочки, состоящие из 12 — 18 атомов углерода. Такая пеночка может быть либо насыщенной, либо ненасыщенной. Это делает их обычными компонентами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Для материалов на основе железа это означает, что положительно заряженные группы азота будут направлены в сторону отрицательно заряженных металлических поверхностей, а жирные остатки направлены в сторону от поверхности адсорбции.

Защитное действие полиаминов основано на формировании адсорбционного слоя на всей поверхности металла, с которой соприкасается среда, содержащая полиамины. Затем адсорбционный слой полиамина переходит в слой поверхностных химических соединений, в которые, кроме амина, входят атомы металла, а также вещества, находящиеся в воде, в том числе и химические соединения данного металла. В результате, создастся слой поверхностных соединений, которые защищают металл от воздействия на него не только углекислоты, но и кислорода, а также других агрессивных веществ.

Пленкообразующие амины, стремящиеся к поверхности металла, вызывают разрыхление и удаление ранее отложившихся продуктов коррозии в виде тонкодисперсного шлама, который должен эффективно выводиться с продувкой котла. На тех продуктах коррозии, которые не удаляются с поверхности, также образуется прочная пленка, и процесс коррозии в этом месте в дальнейшем не наблюдается, если в водной среде постоянно присутствует достаточное количество амина.

В результате применения пленкообразующих аминов в теплообменных аппаратах конденсация пара принимает капельный характер, что в сочетании с эффектом очистки поверхности металла от ранее отложившихся продуктов коррозии приводит к повышению теплопередачи.

2.3. При повышенных количествах тонкодисперсного шлама (в том числе нерастворимых оксидов железа) для предотвращения его осаждения (особенно на теплонапряженных участках труб), в коммерческие смеси полиаминов вводят эффективные диспергаторы, в том числе поликарбоксилат (полиакрилаты).

Поликарбоксилат, как натриевая соль, вследствие гидролиза приводит к независимому от температуры подщелачиванию воды, паровой и конденсатной среды. В качестве полиэлектролита он, как слабокислый ионообменник, обладает большим сродством к двух- и трехвалентным катионам. В результате образуются более стабильные соли кальция и оксиды железа, удаляемые с продувкой котла. Соли жесткости в стехиометрических пределах сохраняются в растворенном виде, а при превышении этих пределов выделяются в мелкодисперсный шлам.

2.4. Помимо образования наружного защитного слоя комплексный реагент (КР) выполняет важную функцию подщелачивания в водопаровом тракте. Летучесть жирных аминов недостаточно высока, чтобы регулировать величину рН в пароконденсатном тракте. Поэтому в коммерческие смеси добавляют нейтрализующие летучие амины, к которым относятся циклогексиламин, морфолин, этаноламин — ингибиторы коррозии черных металлов в кислых и нейтральных средах.

Основные (щелочные) свойства теплоносителя обеспечиваются моноамином — циклогексиламином С6Н11NH2, константа диссоциации которого выше, чем у аммиака и гидразина (рК25 С6Н11NH2 — 3,36 , NH3 — 4,75, N2H4 — 6,07) и соответственно величина рН зависит от концентрации его в композиции аминов. Циклогексиламин — ингибитор пароконденсатных сред анодного действия — практически не вызывает коррозии меди и медных сплавов. Защитная концентрация — 1 — 2 мг/дм3.

2.5. Таким образом, применение эпурамина предполагает следующие преимущества:

— улучшение антикоррозионной стойкости металла за счет преобразования в защитный слой оксидных пленок магнетита с гидрофобной полиаминной пленкой;

— снижение величины непрерывной продувки котлов;

— рост теплоотдачи за счет создания на поверхностях теплообмена защитной гидрофобной пленки, турбулизирующей тепловой пристеночный поток;

— повышение надежности и экономичности, работы оборудования, в том числе паровых турбин за счет снижения поверхностного натяжения жидкости, что улучшает гидродинамику потоков;

— простота дозировки и хранения малотоксичного реагента (используется штатная схема приготовления и дозирования гидразина);

— упрощение химического контроля качества теплоносителя;

— отказ от проведения дополнительных мероприятий по консервации оборудования при выводе его в резерв или ремонт на срок до 6 месяцев и более.

5. ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНО-ХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА НА НАЧАЛЬНОМ ЭТАПЕ ДОЗИРОВАНИЯ ЭПУРАМИНА.

5.1. Одной из задач начального этапа обработки КР является создание стабильных концентраций полиаминов в основных потоках теплоносителя (вода, пар, конденсат) в пределах 2 — 5 мг/дм3 при поддержания нормируемых показателей качества теплоносителя. Этот период может составлять от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от загрязненности поверхностей пароводяного тракта, его объема и первоначальной дозы эпурамина в точке его ввода (до 50 мг/дм3 в добавочной воде).

5.2. При постоянной дозировке эпурамина до 10 — 20 мг/дм3 и достижения стабильных концентраций аминов по пароводяному тракту рекомендуется начать постепенное снижение дозировки аммиака (в химочищенную воду), едкого натра (в котловую воду), эпурамина (в питательную или обессоленного воду) до минимальных концентраций, обеспечивающих поддержание нормируемых показателей по рН и УЭП.

5.3. С момента начала дозирования эпурамина контроль его концентрации в питательной воде, котловых водах, конденсате турбин ведется не реже 2 раз в смену.

5.4. В начальный период дозировки повышенными концентрациями эпурамина частоту периодических продувок нижних точек следует увеличить до 1 раза в 4 ч. при концентрации в котловых водах железа выше 100 мкг/дм3, а меди выше 20 мкг/дм3. Оптимальная периодичность непрерывных продувок определяется при стабилизации концентрации железа и меди в котловой воде.

5.5. После насыщения пароводяного тракта эпурамином в течение нескольких недель может наблюдаться превышение норм ПТЭ по содержанию железа и меди в питательной воде котлов. Время, требующееся для стабилизации этих показателей, зависит от первоначальной загрязненности конденсатно-питательного тракта. В этот период необходимо увеличение непрерывной продувки до 2 %, частоты периодических продувок и снижение нагрузки котла до минимальных значений.