2.11. Електрокотли

Електротеплопостачання є однією з форм централізованого теплопостачання споживачів. Простота конструктивного виконання електроопалювальних приладів, можливість точної підтримки температурного режиму в опалюваних приміщеннях і економія у зв'язку з цим первинних енергетичних ресурсів у споживача, більш широкі можливості автоматизації процесу дозволяють за допомогою електричних схем теплопостачання реалізувати і певні переваги, характерні для індивідуальних схем теплопостачання, перш за все їх мобільність.

На відміну від котлів, що працюють на різних видах органічного палива (природний газ, нафтопродукти, вугілля або деревні відходи), електричним котлам характерний ряд особливостей, які за певних умов компенсують високу вартість електроенергії як основного енергоносія. Так, електричні котли характеризуються відносною простотою будови; вони компактні й не вимагають спеціально обладнаного місця для установки, не ставлять проблем доставки і зберігання палива (як рідинной твердопаливні котли, а також котли на зрідженому газі), видалення золи і шлаку (як твердопаливні котли). У плані зручності експлуатації конкуренцію електрокотлам складає лише опалювальне устаткування на магістральному природному газі, підведення якого вимагає часу і капітальних вкладень та і можливе далеко не завжди. На відміну від котлів інших видів, електричним не потрібні пристрої димаря й підведення повітря у камеру згорання (як ззовні, так і з приміщення); їх робота не супроводжується шкідливими викидами в атмосферу (у місці експлуатації котла) й не пов'язана з небезпекою отруєнь і вибуху при витоку газу, запалювання іншого палива.

З погляду принципової будови існують два основні різновиди електрокотлів: електродні й ТЕНові.

В електродних котлах нагрів води відбувається в результаті пропускання через неї змінного електричного струму. Конструктивно електродний котел є місткістю з розміщеними в ній електродами і діє як проточний водонагрівач. Головною особливістю всіх електродних котлів є дуже високий коефіцієнт корисної дії (~96–98%). Вода в електродних котлах одночасно є і теплоносієм, і елементом електричної мережі, тому повинна володіти як певною провідністю (щоб проходив електричний струм), так і певним опором (щоб уникнути короткого замикання). Ще однією особливістю цих пристроїв є їх здатність самоналагоджуватися залежно від заданої споживачем температури теплоносія і його кількості в опалювальному контурі, виходячи на рівноважний режим з деякою затримкою. Це пов'язано з тим, що у міру розігрівання теплоносія зменшується його опір. Електродні котли самі відключаються від електромережі при короткому замиканні, витоку теплоносія і перевищенні заданої температури.

Трифазні електродні водогрійні котли застосовуються для опалювання і гарячого водопостачання крупних будівель і невеликих селищ. Котли на напругу 0,4 кВ виконуються з пластинчатими електродами, найприйнятнішими для води з низькою питомою електропровідністю. Електродні водогрійні котли на напругу 6–10 кВ виготовляються з циліндричними і кільцевими електродами. Котли з циліндричними електродами застосовуються при високому питомому опорі води. Котли з кільцевими електродами (мал. 2.30) застосовуються для нагріву води з низьким питомим опором.

Мал. 2.30. Будова електродних водогрійних котлів на напругу 6–10 кВ з кільцевими електродами: 1 – корпус; 2 – діафрагма; 3 – фторопластова камера; 4 – фазний електрод; 5 – прохідний ізолятор; 6 – нульовий електрод; 7 – підвіска; 8 – ходовий гвинт; 9 – кулачкова муфта; 10 – електропривід; 11 – повітряний клапан; 12 – дренажний патрубок; 13 – штуцер для датчика температуриЦиліндричний корпус електродного водогрійного котла має вхідний і вихідний патрубки для води. Усередині котла між днищем і діафрагмою встановлено три фторопластові камери з отворами у нижній частині для проходу води в міжелектродний простір. Розміщені у камерах фазні електроди виконані з концентричних сталевих кілець, сполучених між собою зварюванням. Нульові електроди, розташовані над фазними, виконані аналогічно фазним. Нульові електроди закріплені жорстко на підвісці, пов'язаній з електроприводом. Регулювання потужності здійснюється електроприводом за рахунок зміни відстані між фазним і нульовим електродами.

На відміну від електродних, ТЕНові котли відносяться до апаратів побічної дії. Для нагріву теплоносія в них використовуються трубчасті електронагрівачі (ТЕНи). Конструктивно ТЕН є міцною металевою оболонкою зі сталі, алюмінію або титану з розміщеною всередині ніхромовою спіраллю і контактними стержнями. Від оболонки спіраль відокремлена спресованим діелектричним наповнювачем: периклазом (оксидом магнію МgO) або кварцовим піском, володіючими доброю теплопровідністю. Для запобігання попаданню всередину ТЕНів вологи їх кінці герметизуються. За конфігурацією ТЕНи поділяють на двокінцеві, коли контактні виводи розташовані з двох сторін, і однокінцеві – з контактними виводами, розташованими по одну сторону нагрівача. В електричних котлах, як правило, використовують однокінцеві ТЕНи або, як їх ще називають, патронні. Той факт, що ТЕНи вибухобезпечні, є однією з привабливих експлуатаційних характеристик електрокотлів. Але, з другого боку, ТЕН може вийти з ладу внаслідок нестабільності роботи електромереж або перегріву через наявність корозійних і накипних відкладень.

Принцип побудови ТЕНових котлів наступний. Усередині ємності-теплообмінника розміщуються один або декілька ТЕНів. Як правило, як матеріал для ємності виробники використовують звичайну вуглецеву сталь, мідь, нержавіючу або оцинковану сталь, що володіють більшою корозійною стійкістю і дозволяють застосовувати як теплоносій побутові антифризи. Зовні ємність покривають теплоізолюючими матеріалами. Побутові ТЕНові електрокотли випускаються потужністю від 4 до 50 кВт. Прилади потужністю до 10 кВт частіше виготовляють в однофазному або трифазному виконанні. У діапазоні понад 10 кВт більшістю виробників пропонуються трифазні моделі. Електричні котли, представлені на українському ринку, як правило, одноконтурні, але є й двоконтурні моделі.