Опыт применения электродных котлов

В последнее десятилетие прошлого века в Украине возникла экстренная рыночная потребность решения проблем автономного отопления и горячего водоснабжения. На этой волне многих разработчиков и производителей соблазнил простой принцип электродного нагрева воды.

МАСТЕР-КЛАСС
В последнее десятилетие прошлого века в Украине возникла экстренная рыночная потребность решения проблем автономного отопления и горячего водоснабжения. На этой волне многих разработчиков и производителей соблазнил простой принцип электродного нагрева воды.

Подробно описывать сам принцип нагрева нет смысла.

Следует только напомнить: если погрузить два электрода вводу и приложить к ним переменное напряжение, произойдет прямой нагрев воды; переменное напряжение исключает классическое явление электролиза, так как анод и катод меняются местами с частотой сети, и в данном случае наблюдается только процесс износа (растворения) рабочих электродов.

Данный принцип нагрева благодаря оригинальному конструкторскому решению был применен в проточных нагревателях воды.. На сегодняшний день украинские и российские производители предлагают на рынке несколько вариантов конструкций электродных нагревателей. В частности, украинским ОАО «Прожектор» выпускается  ассортимент электродных котлов одно и трехфазного исполнения мощностью от 3 до 16 кВт

Зарубежные нагреватели данного типа на украинском рынке представлены только в узкоспециализированной области для таких технологических процессов, как стерилизация жидкостей в пищевой промышленности.

Практика показала, что определяющими факторами долговечности и качества электродных котлов являются:

• правильно выбранные плотности рабочих токов через электроды;
• надежность пускорегулирующей аппаратуры;
• точность и качество температурных датчиков;
• оптимальность конструкции котла или проточного нагревателя, обеспечивающего простоту монтажа и обслуживания.

Автор статьи обладает 8 - летним опытом разработок и применения нагревателей данного типа.

Достоинства электродных нагревателей

Среди качеств электродных водонагревателей, обуславливающих успех их применения, надо выделить следующие:

• очень высокая надежность, так как нагрев воды происходит при непосредственном протекании тока через воду, и вопрос о «перегорании» нагревательного элемента не стоит в принципе;
• отсутствие проблемы «сухого хода», т.е. попадания воздуха в зону нагрева;
• «мягкая» пусковая характеристика при первичном включении, которая обусловлена тем, что вода плавно, по мере ее нагрева, меняет свою электропроводность в 4­5 раз;
• очень высокая компактность (такой показатель как  «мощность­ габариты» недостижим для нагревателей других типов);
• уникальная возможность работы от «нулевого» давления воды, т.е. от перелива;
• относительно невысокие затраты на изготовление, предопределяющие более низкие цены, чем на нагреватели других типов аналогичной мощности.

Недостатки

К недостаткам можно отнести:

• износ (растворение) электродов;
• влияние солевого состава воды на разброс номинальной мощности;
• невозможность применения в качестве теплоносителя незамерзающих жидкостей;
• изоляцию рабочих электродов солевыми отложениями при неправильном подборе теплоносителя.

При правильной конструкции блока нагрева износ рабочих электродов происходит достаточно медленно, и необходимость их замены возникает не чаще одного раза в 3­4 се-зона. Как правило, требует замены центральный электрод, так как он изнашивается больше. Сама замена обходится значительно дешевле, чем замена ТЭНа в нагревателях иного типа.

Особенности подключение к электросети

Электродные нагреватели отнесены ГОСТом к промышленному оборудованию.

Принцип нагрева обуславливает прямой контакт рабочих электродов с носителем тока ­ водой, которая одновременно служит теплоносителем системы отопления. Этот фактор образует некоторую утечку электрического тока через рабочую среду и смоченную поверхность изоляторов.

Практическая величина утечки определена конструкцией изоляторов и лежит в пределах 20­40 мА. На это следует обратить особое внимание при подключении нагревателей к электрической сети, где уже установлено устройства защитного отключения (УЗО), которое обычно регистрируют утечку тока в пределах 30­40 мА.

Учитывая это, нагреватели данного типа необходимо подключать через отдельный автоматический выключатель, минуя УЗО.

Все нагреватели данного типа оснащены достаточно простыми и эффективными средствами по обеспечению безопасности. Предусмотрены:

• полное отключение «нулевого» и «фазного» проводов через электромагнитный пускатель;
• релейная или электронная защита от обрыва «нулевого» провода;
• заземление (условие, обязательное и для всех других типов водонагревателей).

Работа с циркуляционным насосом

Нагреватели данного типа, (равно как и ТЭНовые)  в системах отопления обязательно требуют применения циркуляционного насоса .

Опыт применения электродных нагревателей без насоса в системах с гравитационной циркуляцией выявил проблему усиленного солеотложения на рабочих электродах. В подобных системах нагреватель начинает работать в режиме «чайника», который берет на себя также функцию теплового насоса. Каждый толчок подогретой воды в систему сопровождается локальным закипанием и солеотложением в зоне нагрева.

Повышенное солеобразование может быть также следствием несовершенной системы ограничения рабочей температуры в зоне нагрева. Малый зазор между рабочими электродами обуславливает очень динамичное изменение температуры, а при повышении ее свыше 90° С происходит активный процесс солеотложения.

Точный контроль температуры в зоне нагрева и правильная поправка на инерционность позволяют избавиться от этого явления.

Расчеты и выбор насоса для системы отопления с электродным нагревателем производятся по типовым методикам и правилам. Однако следует обязательно учитывать то, что применение насоса с избыточной скоростью циркуляции может привести к эффекту «мертвой петли», когда нагреватель и система в целом не могут выйти на заданный температурный режим.

Если насос выбран «с запасом», то, как следствие, скорость циркуляции воды будет высокой. Теплоноситель при низкой начальной температуре имеет высокое омическое сопротивление. При запуске системы вода, на большой скорости проходя через рабочее пространство электродов, не успевает значительно прирастить рабочую температуру и снизить собственное омическое сопротивление, а, поступая в систему на радиаторы, опять теряет полученное приращение температуры. При таких условиях система отопления не может выйти на заданный тепловой режим.

Практика показала необходимость применения насоса с оптимальными показателями производительности, а запуск системы отопления следует производить при низких начальных скоростях циркуляции.

Водоподготовка

Производители указывают номинальную мощность электродных нагревателей, исходя из условия применения в качестве теплоносителя водопроводной воды с удельным сопротивлением 9,75 Ом/м, при температуре 70 ºС (ГОСТ 2874). Водопроводная вода указанного стандарта наиболее удобна в применении и не требует затрат по водоподготовке.

Однако бывают случаи нарушения этого стандарта за счет повышения концентрации растворенных солей при подкачке в водопроводную сеть значительной доли артезианской воды, которая обладает свойством повышенного солеобразования.

В таких случаях в качестве теплоносителя можно использовать химически чистую дистиллированную воду, дождевую или талую воду с добавлением очень малых доз триполифосфата натрия (порядка 0,5 г/л).

Непригоден для применения технологический дистиллят, получаемый на ТЭЦ. За счет собственных  специфических примесей он образует поверхностное химическое насыщение металла, что в свою очередь вызывает газообразование, от которого в дальнейшем можно избавиться только полной заменой электродов.

Чистка электродов производится раз в сезон, с применением растворов соляной кислоты при значении рН=1.

Автор: В. Мискун
Статья опубликована в 47-м номере  журнала  АКВА ТЕРМ, за февраль  2004
www.aqua-therm.ru