Индустриални котли за гореща вода

• На пазара се предлага широка гама от промишлени котли за гореща вода, които покриват изискванията на различни индустриални приложения
  
  
• Най-популярни в практиката са високотемпературните водогрейни котли, които предлагат съществени предимства в сравнение с парните си аналози
  
  
• Понастоящем глобалният пазар на индустриални котли за гореща вода е на стойност над 1,4 млрд. щатски долара и се очаква стабилно да нараства поне до 2032 г.

На пазара се предлага широка гама от промишлени котли за гореща вода, които покриват изискванията на различни приложения в производствените и процесните индустрии, топлофикацията и др. Обикновено тези системи се подразделят на различни групи според температурния диапазон (максималната температура) на топлоносителя, който подгряват. По този показател индустриалните водогрейни котли попадат в три основни категории – високо-, средно- и нискотемпературни. Допълнителен критерий, по който може да бъде направена класификация, е налягането в системата.

Насоки за проектиране и експлоатация са зададени в ръководството на Американското дружество на машинните инженери ASME. Международен стандарт, който определя спецификации относно производителността/ефективността при конструирането на котли и съдове под налягане, е ISO 16528. Минимално допустими изисквания за котлите в индустрията са зададени и в международния кодекс IMC (International Mechanical Code).

Според европейската нормативна уредба котлите за гореща вода, работещи с течни или газообразни горива, както е дефинирано в Директива 92/42/ЕИО от 1992 г., изменена и допълнена от Директива 93/68/ЕИО, Директива 2008/28/ЕК и Регулация (ЕС) 813/2013, се подчиняват на посочените в тези документи стандарти за ефективност и изисквания за екодизайн. Те обхващат водогрейни котли с мощност не по-малко от 4 kW и не повече от 400 kW и по-специално стандартни, нискотемпературни и газови кондензни котли.

Конструктивни специфики и пазарно развитие

Според конструкцията и принципа си на работа водогрейните и парните котли биват водотръбни и газотръбни. При водотръбните системи нагревателната повърхност се състои от тръби, по които се движи топлоносителят, в случая с водогрейните котли – водата. Процесът на топлообмен се осъществява чрез повишаване на температурата на тръбите посредством изгаряне на съответното гориво. Тези конструкции се подразделят на още два подтипа – проточни и барабанни.

Основен аналог на водотръбните системи са газо- или пламъчнотръбните котли, които също могат да се използват както за гореща вода, така и за пара. При тях нагряващата повърхност се състои отново от тръби, но с по-малък диаметър, по които се движат горещите продукти от изгарянето на горивото. Конструкцията е принципно обратна на водотръбните, тъй като топлоносителят (водата) се намира около тръбите и повишава температурата си чрез топлообмен със съдържанието им.
Индустриалните подгревни системи, включващи водогрейни и парни котли, се различават значително по дизайна и приложенията си. При водогрейните инсталации топлоносителят циркулира през система от тръби към радиатори или агрегати, които освобождават топлината в околната или процесната (технологичната) среда.

Водата се нагрява от котел, който изгаря течно или газообразно гориво, за да генерира топлина. Подгрятата вода циркулира през системата с помощта на помпа.
При парните подгревни системи, както подсказва наименованието им, се използва пара за пренос на топлина. Парата се генерира в котела и след това се разпределя чрез тръбопровода към съответните агрегати или помещения. За разлика от директния рециркулационен контур на водогрейните системи, тук парата променя агрегатното си състояние, като отдава топлината си, докато се охлажда и кондензира обратно във вода, която след това се връща в котела за повторно нагряване.

Парните и водогрейните котли имат и различни приложения в индустрията. Първите са по-подходящи за процеси като стерилизация, овлажняване, директно впръскване и подаване на топлинна енергия към топлообменници. Водогрейните котли и в частност високотемпературните варианти се използват предимно за централно отопление, промивни инсталации в хранително-вкусовата и бутилиращата промишленост, цехове за производство на строителни материали, като бетон, гипс и т. н.

Според актуално проучване на Global Market Insights (GMI), глобалният пазар на индустриални котли за гореща вода е на стойност над 1,4 млрд. щатски долара и се очаква устойчиво да нараства до 2032 г. с комбиниран годишен темп на растеж от 5%. Прогнозите на анализаторите сочат, че общият пазар на индустриални котли в рамките на следващото десетилетие е вероятно да надхвърли 180 млрд. долара.

Според типа на горивото маркетолозите разглеждат няколко основни типа водогрейни котли – газови, маслени и на въглища, а според технологията – кондензни и некондензни. Основните им приложения са в хранително-вкусовата, химическата, целулозно-хартиената промишленост, първичната обработка на метали, нефтения и газов сектор и др.

Пазарът на водогрейни котли на природен газ се характеризира с 25% дял от общия пазар на промишлени котли за гореща вода през 2022 г. Основните предимства на тези системи включват рентабилност, достъпност и по-ниски въглеродни емисии в сравнение с инсталациите на други изкопаеми горива. Нарастващият фокус върху намаляването на емисиите на парникови газове и преминаването към по-чисти енергийни източници е основен двигател на този сегмент, отбелязват анализаторите.

Регулаторните органи прилагат множество политики и стимули за насърчаване на използването на природен газ и ограничаване на зависимостта от въглища и петрол в промишлените процеси, което от своя страна предстои допълнително да активизира динамиката на пазара, смятат от GMI.

Кондензната технология се очаква да регистрира значителен годишен темп на растеж на пазара на промишлени котли за гореща вода от 6,9% до 2032 г. Строгите норми за ограничаване на въглеродните емисии в Европа и по цял свят, заедно с нарастващата склонност на потребителите в бита и индустрията да внедряват по-ефективни решения за отоплителни и процесни нужди, ще стимулират превеса на технологията и в бъдеще, очакват маркетолозите. Сред предимствата на кондензните системи са повишената енергийна ефективност и екологична пригодност, което ги прави все по-предпочитан избор за индустриални приложения.

Типове водогрейни котли според максималната температура

В класификацията на ASME като вискотемпературни системи (HTHW) се дефинират котли, при които максималната температура надвишава 121°C (250°F), а максималното налягане е над 11 bar (160 psig, паунда на квадратен инч). Инсталациите с високотемпературни водогрейни котли (HTHW) в международната практика обикновено са проектирани да работят при температури, вариращи от 176°C до 215°C (350°F до 420°F). Налягането в системата е препоръчително да бъде поне 1,7 bar (25  psig) над налягането на насищане на максималната температура на високотемпературния топлоносител, за да се предотвратят кавитация на помпата и изпаряване на прегрятата вода.

Високотемпературните системи са подходящо решение за по-големи инсталации, например за централно топлоснабдяване или процесно водоподгряване, поради високата им ефективност и производителност при големи топлинни натоварвания, обширни мрежи от тръбопроводи и голям общ мащаб на съоръженията. В процесните съоръжения, които изискват използването на индустриални котли за гореща вода, също се предпочитат високотемпературни инсталации, тъй като за разлика от ниско- и среднотемпературните варианти те могат да постигнат достатъчно високите температури на топлоносителя, задължителни за дадени процеси.

Среднотемпературните котли за гореща вода (MTHW) според ръководството на ASME се отличават с максимална температура на подгряване в диапазона 121°C – 176°C (250°F до 350°F) и максимално работно налягане 10 bar (150 psig). Параметрите на всяка конкретна инсталация в практиката се съобразяват с изискванията на приложението и с приложимите в съответната държава наредби и директиви. Среднотемпературните системи също се използват широко за централно отопление и за определена група технологични процеси в индустрията, които изискват температури в средния диапазон.

Нискотемпературните котли за гореща вода (LTHW) са дефинирани от ASME като водогрейни системи с максимална температура на подгряване под 121°C (250°F) и максимално работно налягане под 11 bar (160 psig). Типично в практиката тези инсталации работят при работно налягане под 2 bar (30 psig). Те се използват масово за битови цели в комбинация с радиатори, например за отопление на жилищни и по-малки по мащаб сгради. При специфични сценарии и изисквания нискотемпературните водогрейни котли намират приложение и в индустрията.

Индустриалните котли за гореща вода и в частност високотемпературните системи имат редица предимства в сравнение с парните котли. Сред тях са по-ниските разходи за придобиване, експлоатация и обслужване и по-високата ефективност. HTHW котлите обикновено включват по-малко на брой компоненти в сравнение с парните си аналози, което предполага значително по-ниска първоначална инвестиция.

В допълнение, пиковите натоварвания в индустриалните процеси по-лесно се обслужват от високотемпературните котли в сравнение с парните поради по-големия им капацитет за съхранение на топлина. В резултат на това горелките им работят по-равномерно и ефективно, а системата е в състояние да обезпечава малки промени в натоварването без да променя интензитета на горене, което намалява общата консумация на енергия.

Съществено предимство на високотемпературните водогрейни котли е и фактът, че промените във връзка с нивото и надморската височина не повлияват работата на системата благодарение на циркулационните помпи в дизайна на инсталацията.