Как сделать теплообменники для котла своими руками

Несколько советов по безопасности

наливайте воду в емкость до разогрева печи;
в месте соединения труб используйте уплотнители с повышенной термостойкостью;
при изготовлении устройств теплообмена используйте антикоррозийные материалы;
зимой в систему отопления допустимо добавление антифриза;
трубы теплообменника крепите к стенам только подвижными соединениями, так как при нагреве трубы расширяются и, соответственно, могут измениться места их крепления;
размеры оборудования для теплообмена должны быть пропорциональны мощности печи и не забирать более 10% вырабатываемого ею тепла;
не забывайте периодически сливать воду из системы.

Разновидности газовых горелок

В целом, несмотря на широкий выбор горелок, все они состоят из одного набора базовых элементов:

приспособления для фиксации и удержания баллонов с газом;
форсунки;
головки прибора;
регулятора поступления газа, позволяющего избежать перерасхода топлива или недостаточного нагревания рабочей поверхности;
редуктора горелки.

Кроме того, в зависимости от фирмы-производителя и марки изделия, горелки могут обеспечиваться дополнительными элементами, такими как наконечники, переходники и другие.

По температуре разогревания рабочей среды горелки подразделяются на:

бытовые изделия (достигается температура горения газа 1000-1500°С);
промышленные газовые горелки (соответствующий параметр — 1500-2000°С).

В зависимости от того, какая газовая смесь используется во время работы прибора, горелки подразделяют на:

пропановые — самые распространённые инструменты, бывают универсальными и специального предназначения; характеризуются возможностью поджига с использованием пьезоэлементов и экономии поступающего газа;
использующие MAPP-газ — их отличительная особенность — повышенная энергия сжигания газа при сохранении мягкости пламени, препятствующем повреждению трубы;
ацетилен-кислородные — могут быть оснащены одноразовым газовым баллоном или работать стационарно; используются при работах на магистралях.

Чугунный теплообменник

Плюсы тепловых агрегатов из чугуна:

Высокая теплопроводность – чугунные элементы быстро нагреваются и эффективно передают тепло от одного носителя к другому.
Медленное остывание – теплообменники из чугуна долгое время остывают, что дает возможность сэкономить на работе отопительной системы.
Долговечность – чугун устойчив к воздействию слабых кислот и к образованию накипи, поэтому он менее подвержен коррозии, нежели многие другие металлы, что и обеспечивает длительный срок службы теплообменника.
Возможность увеличения функциональности – уже после установки агрегата к нему можно нарастить новые чугунные секции, тем самым увеличив мощность теплового оборудования.

Минусы чугунных теплообменников:

Громоздкость – чугунные агрегаты отличаются внушительным весом, что усложняет их эксплуатацию и обслуживание. При этом, чем больше масса теплообменника, тем выше его мощность.

Хрупкость – несмотря на большой вес, агрегаты из чугуна боятся механических ударов: они быстро обзаводятся трещинами, сколами и прочими деформациями.
Низкая устойчивость к температурным перепадам – хоть чугун и выдерживает максимально высокие температуры, от резких термических изменений на поверхности теплообменника могут появляться трещины, что чревато значительным снижением его работоспособности.

Основные достоинства

Несомненными плюсами применения теплообменника в конструкции печи являются:

Одновременное осуществление нескольких функций: нагрев воды, воздуха в нескольких помещениях, а также парообразование;
Варианты установки бака на значительном расстоянии от печи (даже в другом помещении);
Долговечность. При использовании современных материалов и соблюдении технологии монтажа срок эксплуатации достигает 20 лет.
Эстетичный внешний вид
Доступность ухода;
Простота монтажа;
Высокая эффективность;
Возможность установки как в русской традиционной бане, так и в современной финской сауне;
Экономия места за счет компактных размеров;
Высокая мощность и как следствие, быстрый нагрев до требуемой температуры;
Отсутствие (или несущественность) деформаций при нагреве

Устройство и принцип работы

Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.

Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.

Схема работы теплообменника

Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.

Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.

Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.

Теплообменник включается между двумя контурами:

Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.

Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.

Основные характеристики пластинчатого теплообменника:

Мощность, Вт;
Максимальная температура теплоносителя, оС;
Пропускная способность, производительность, литры/час;
Коэффициент гидравлического сопротивления.

Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.

Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.

Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.

Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.

Именно по этим параметрам подбирается в итоге теплообменник для конкретной ситуации. Чаще всего пластинчатые теплообменники имеют разборную конструкцию, в которой можно наращивать или уменьшать число пластин и выбирать их тип и размер. Мощность и производительность теплообменника должно хватать для того, чтобы нагреть проточную холодную воду, и при этом не создать критической нагрузки на систему отопления.

Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.

Пластинчатые теплообменники

В независимых системах отопления в основном применяют оборудование пластинчатого типа. Чаще выбирают паяный вариант или разборный, чтобы можно было нарастить мощность.

Конструкции

Основа конструкции — пластины, перфорированные штамповкой для увеличения площади теплообмена и формирования каналов, по которым движется рабочая среда. Пластины плотно прижаты друг к другу, их зажимают между двух металлических плит, которые соединяют с помощью направляющих и винтовых шпилек. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляют резиновые прокладки для герметичности.

Одна из плит стационарна, вторая подвижна — ее можно снимать, чтобы увеличить или уменьшить количество пластин. При сборке сначала закрепляют направляющие на штативе и неподвижной плите. На них нанизывают пластины, и подвижная плита стягивается с неподвижной болтами.

На торцевой неподвижной плите и каждой пластине есть по четыре отверстия для подведения и отведения теплоносителя и теплоприемника. Пространство между соседними пластинами поочередно заполняется холодной и горячей средами, а уплотнители обеспечивают герметичность конструкции.

Каждое устройство оснащают фильтром. Он сдерживает крупные частицы примесей, мелкий мусор. Прибор самоочищается за счет турбулентных потоков, но на пластинах откладывается накипь, осадки примесей воды. Периодически фильтр и пластины нужно промывать чистящими растворами. Можно понять, что такое время пришло по перепадам давления в теплообменнике и снижению его работоспособности.

Пластины изготавливают из нержавеющей стали, меди, латуни (используют при высоком давлении в системе), графита, титана, сплава алюминия и кремния. Толщина пластин составляет от 0,4 до 1 мм. Выбор материала зависит от условий работы и от среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но также используют масло, антифриз.

Преимущества

Пластинчатые аппараты обладают высокой производительностью, их можно подбирать по размерам и материалам изготовления в зависимости от задач. Они могут выполнять разные функции, например: нагревательного элемента, охлаждающей части системы, автоматического включателя или выключателя давления.

Каждый подвид обладает своими плюсами:

Разборные приборы просты в установке и использовании: их можно разобрать, почистить и собрать обратно. Площадь теплообмена такого теплообменника равна сумме площади пластин. Поэтому есть возможность регулировать производительность, изменяя количество пластин, если нужно увеличить или уменьшить площадь отопления.Также разборные конструкции имеют длительный срок службы и пригодны для ремонта — отдельные пластины заменяют на новые. Но они не подходят для работы с химически агрессивными средами и требуют регулярной смены прокладок.
Паяные устройства имеют более прочную конструкцию, редко требуют ремонта и выдерживают работу с щелочами и кислотами. Благодаря этому их часто применяют в химической промышленности.
Сварные теплообменники предназначены для использования в технических процессах с экстремально высокими температурами и давлением, с агрессивными веществами. Работают с высокотемпературным паром, газами, жидкостями и их смесями. Материал пластин — нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы. Эти аппараты отличает высокая эффективность и небольшие размеры, им нужно минимальное обслуживание.

Благодаря рифленой поверхности контуров этот вид теплообменников имеет максимальное прилегание и циркуляцию рабочих сред. Разделяющие среды пластины тоньше по сравнению с другими материалами. Это увеличивает скорость передачи энергии, снижает тепловые потери и обеспечивает высокий коэффициент теплообмена.

Воздушный бак

Усовершенствовать обычную буржуйку или банную печь с прямым дымоходом можно, если установить на воздушный теплообменник на дымоход. Он представляет собой цилиндрический корпус, по которому проходят несколько полых труб. Подсос воздуха происходит снизу, нагреваясь в трубе, он выходит из теплообменника, увеличивая КПД печи на 15-20%. Воздуховоды можно вывести в соседнее помещение, обогрев таким образом от одной печи несколько комнат или секций гаража.

Видео: как сделать воздушный теплообменник на дымоход

Еще одна оригинальная конструкция печи с воздушным теплообменником на дымоходе для отопления гаража показана в видео-ролике. С помощью такой печки можно отопить не только гараж, но и любой хозяйственное помещение, включая сельскохозяйственные постройки и теплицы.

Из гофротрубы

Дешевый и простой способ устройства воздушного теплообменника — использование для этой цели гофрированных вентиляционных труб. Их оборачивают вокруг неутепленной части дымохода, в результате воздух в гофре прогревается и за счет тепловой конвекции поступает в соседние комнаты. Чтобы гофротруба прогревалась эффективнее, можно обернуть ее вместе с дымоходом несколькими слоями фольги.

Система с гофротрубой удобна для отопления гаража, в котором установлена простая буржуйка из чернового металла. Такая печь быстро нагревает воздух, но он поднимается к потолку, из-за чего на уровне пола температура остается низкой. Если вывести воздуховоды ближе к полу, можно создать естественную циркуляцию нагретого воздуха, и во всем объеме гаража температура станет примерно одинаковой.

Теплообменник колпакового типа

Теплообменники в виде колпака обычно используют для отопления мансарды или второго этажа. Принцип его действия заключается в том, что нагретый от дымохода воздух поднимается под потолок, где задерживается колпаком и, постепенно остывая, опускается вниз, в комнату.

Колпак можно выполнить или оцинкованного металла или огнестойкого гипсокартона и вывести воздуховоды в нужном месте. Иногда колпак декорируют камнями, которые, нагреваясь, служат дополнительным теплоаккумулятором.

Классификация устройств

Теплообменники для горячего водоснабжения делают или из стали, или чугуна. Последний способ более традиционный, поскольку еще не так давно нержавейка считалась дефицитным материалом. А применение обычного металла было нерентабельно. Потому систему очень быстро выводила из строя коррозия.

Теплообменник из чугуна Источник pechiexpert.ru

Но даже изобилие современных материалов не исключило производство чугунных моделей. Ведь их отливка отличается высокой скоростью и предельной простотой. И сегодня одинаковой популярностью пользуются, как обычные чугунные конструкции, так и более сложные модели из современной стали.

Чугун

Теплообменник из этого металла имеет очень хорошую продуктивность. А приобретают ее больше из соображения экономии, поскольку его стоимость гораздо ниже, чем у нержавеющих аналогов. Но приобретая чугунную конструкцию нужно быть готовым, что она имеет серьезные недостатки.

Поверхность отличается сильной хрупкостью. И любой серьезный удар попросту раскалывает ее. Трещины могут появиться и при термическом воздействии. Если в хорошо разогретую конструкцию подать напор холодной воды, то стены, скорее всего, не выдержат.

Такие повреждения уже не поддаются ремонту. Но в остальном материал способен к долгосрочной эксплуатации при бережном к нему отношении. И профилактического вмешательства требует не так часто, как нержавеющие аналоги.

Кассета теплообменника Источник termotactic.ru

Особенности теплообменника

Разберемся, для чего нужен теплообменник. В устройстве две различные среды делятся между собой тепловой энергией. Горячая вода в одной емкости отдает свою температуру холодной жидкости, которая движется в другом резервуаре. А самым простым примером выступает система из двух стальных труб разного диаметра.

По меньшей двигается холодная вода. А небольшой участок этой трубы помещен в другую, большего диаметра. В последней находится горячая вода. И уже через короткое время температуры обеих жидкостей сравниваются.

Чтобы процесс протекал устойчиво и постоянно, воду заставляют двигаться (циркулировать). А придание потокам определенных скоростей позволяет свести к минимуму все потери тепла. Причем для нагрева сразу двух систем используется лишь один источник энергии.

Такое обустройство значительно повышает автономность жилища. А исключение из работы лишнего оборудования позволяет меньше зависеть от сетевых ресурсов. Тем самым снижая расходы в доме на энергоносители.

Теплообменник из нержавейки Источник s-ip.com.ua

На работоспособность всей системы влияет:

Модель устройства (конструкция).
Температурный режим.
Состояние системы.

Последний пункт относится к величине потерь тепла. За это отвечает поверхность труб, по которым двигается жидкость. Если на стенках образовалась накипь, то теплоотдача системы значительно понижается. На последнюю влияют и другие факторы, вплоть до простых жировых отложений.

В борьбе с потерями на первое место выступает профилактика засоров и загрязнений. Теплообменник для отопления оборудуется фильтрами, которые отсеивают посторонние частицы и взвесь. Также через определенные промежутки времени устройство должно проходить полную очистку от накипи и других отложений. Для этого его разбирают и промывают при помощи специальных средств.

От воды к земле

Альтернативой грунтово-воздушным теплообменником является «водно»-грунтовый теплообменник. Как правило, он схож с геотермальным тепловым насосом за счет трубопровода, проложенного в почве горизонтально (хотя может быть и вертикальный зонд) на глубине, схожей с аналогичной величиной для грунтово-воздушного теплообменника. Он использует трубу длиной примерно вдвое больше обычной при диаметре в 35 мм, к примеру 80 метров, в сравнению с ГВТ длиной в 40 метров. Катушка теплообменника располагается перед вытяжным отверстием вентилятора-теплоутилизатора. В качестве жидкость теплообменника, как правило, используется жидкий охлаждающий солевой раствор (сильно посоленная вода).

Многие европейские постройки сейчас используют эту систему из-за простоты установки. Не требуется никакой точки дренажа, также это – безопасно из-за пониженного риска просачивания почвы.

Неисправности и ремонтные работы

Работа агрегата с двумя теплообменниками зависит от металла: сталь или чугун, способна продолжаться соответственно от 8 до 15 лет, при выполнении пользователем всех регламентных работ, установленных производителем котельного оборудования.

Если с первой проблемой собственник агрегата может справиться сам и выполнить ремонт теплообменника газового котла своими руками, то разрыв аппарата, практически не ремонтируется, а подлежит полной замене, на однотипную конструкцию. Специалисты могут выполнить пайку теплообменника для газовых котлов, но, как правило, после такого ремонта он не долговечен.

Замена дефектного теплообменника

Замена теплообменного аппарата западной сборки, находящегося на гарантийном обслуживании выполняется сервисным центром, а отечественные модели можно заменить самостоятельно.

Для этого предварительно подбирают нужную модификацию, если нет в торговой сети, обращаются на завод-изготовитель. Для того чтобы заменить неисправный элемент котла, потребуется выполнить снятие дефектного устройства.

Алгоритм демонтажа теплообменного аппарата котла для замены или промывки от накипи:

Отключают котлоагрегат от газовой магистрали и электрической сети.
Снимают лицевую панель.
Закрываю арматуру на патрубке подачи и обратки теплоносителя.
Открывают дренажный вентиль и спускают воду из сети и котла.
Снимают крепление на газовой трубе и отсоединяют газовый патрубок.
Снимают крышку системы автоматики от первичных приборов.
Демонтируют датчики с топочной камеры, снимают крепления на крышке и снимаю ее.
Отключают и демонтируют вентилятор, для того чтобы снять теплообменник.
Снимают фиксаторы на трубах, подведенных к первичному теплообменному аппарату.
Снимают топку котлоагрегата и переносят ее в помещение.
Убирают верхнюю крышку отсека.
Снимают первичный аппарат.
Устанавливают новый теплообменник на газовый котел и собирают котел в обратном порядке.

Как прочистить теплообменник газового котла

Для промывки теплообменника от накипи используются механический, химический и магнитный способы очистки. Первый вариант выполняется с помощью шомпола и скребка.

Инструменты могут быть ручными и электрическими. Химический вариант предполагает применение ракообразных химических средств, способных разрыхлить и растворить загрязнения.

Для промывки теплообменника данным методом используют специальную насосную схему и средство для промывки, указанное производителем, например, для газового котла Baxi.

Алгоритм промывки теплообменника от накипи:

Отключают котел.
Готовят жидкость для промывки теплообменников газовых котлов по рецепту завода-изготовителя.
После полного охлаждения отключают от него инженерные сети и дренируют воду.
Снимают стяжные шпильки, отодвигают прижимную плиту и потом аккуратно снимают одну за другой каждую пластину. Работу выполняют в перчатках, чтобы не поранить руки.
При работе с кислотой сменяют перчатки на резиновые.
Приготавливают емкость для очистки пластины, чтобы они были полностью покрыты рабочим раствором.
Пластины опускают в состав на 1 час, после чего под водопроводной водой с применением щетки удаляют остатки отложения.
Сборку очищенной конструкции ведут в обратном порядке.

После промывки теплообменного аппарата проверяют герметичность котла, под рабочим давлением теплоносителя. Подключают все инженерные сети, газ и электричество и выполняют первый после промывочный запуск оборудования.

При выявлении утечки необходимо подтянуть гайки либо поставить новую прокладку на теплообменник.

Основные причины поломки газового котла

Прежде чем разобраться с тем, как отремонтировать газовый котел своими руками, полезно понять, почему именно возникают неисправности. Правильное понимание причин поможет избежать возникновения проблемы в будущем. Практика показывает, что наиболее часто сказываются 4 вредных фактора:

Перепады электричества – эта проблема особенно актуальна в отдаленных поселках и деревнях. Современное оборудование в обязательном порядке оснащается стабилизаторами, а также накопителями энергии, которые обеспечивают работу устройства в течение небольшого времени даже после отключения источника. Поэтому если таких устройств нет, следует приобрести их заранее.

Некачественная вода – эта проблема возникает в тех случаях, когда оборудование используется не только для отопления, но и для получения горячей воды для бытовых целей (двухконтурный газовый котел). Оборудованию вредит не сама вода, а наличие в ней солей, которые повышают жесткость. Если концентрация этих нерастворимых веществ довольно высокая, это может привести к износу оборудования всего лишь за 1-2 сезона. Поэтому необходимо позаботиться о монтаже фильтров, очищающих воду.

Ошибки при монтаже могут привести к довольно серьезным последствиям, в том числе и неустранимым поломкам, выходу из строя всего оборудования. Поэтому доверять эту работу можно только квалифицированным специалистам.
Наконец, свою роль могут сыграть и морозные зимы. Обычно в такой период соседи включают оборудование на полную мощность, и в таком режиме оно работает длительное время. В результате в системе газопровода давление ощутимо падает, и котлы начинают работать во многом впустую. В этот момент можно использовать оборудование, работающее на другом топливе (например, на дизеле). Его имеет смысл приобрести, если регион отличается длительными, суровыми зимами.

Описание теплообменника с плавающей головкой “ТП”

Теплообменник с плавающей головкой является одним из востребованных видов кожухотрубчатых теплообменников и широко используется на НПЗ, а также других различных промышленных предприятиях.

Главной особенностью данного аппарата является наличие температурного компенсатора в виде так называемой “плавающей головки”.

Ниже приведены 2 варианта исполнения “плавающей головки”:

Верхний рисунок – конструкция с возможностью извлечения трубного пучка без демонтажа самой головки, характеризуется пониженной тепловой эффективностью из-за наличия байпасных потоков(обозначение T по TEMA).
Нижний рисунок – конструкция, при которой требуется демонтаж головки для извлечиния трубного пучка (обозначение S по TEMA). Наиболее распространена на отечественных НПЗ.

В обоих случаях, наличие плавающей головки, позволяет использовать теплообменник при большой разнице температур между технологическими средами в трубной и межтрубной полости аппарата.

Таким образом, данный вид аппарата более универсален по сравнению с теплообменниками жесткотрубной конструкции и может применяться в широком диапазоне сочетания различных сред с большой разницей температур. Однако, из-за наличия плав. головки стоимость теплообменника также возрастает. Поэтому использование этого оборудования должно быть технически обосновано. При указании шифра аппарата используют аббревиатуру “ТП” – теплообменные аппараты с плавающей головкой согласно ТУ 3612-023-00220302-01 ВНИИНефтемаша.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Аналоги нержавеющих сталей