Глава 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ И КОТЛЫ
СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОНАГРЕВОМ ВОДЫ
Электрический нагрев воды является одним из экономически выгодных применений электрической энергии в сельском хозяйстве. Особенно распространен электронагрев воды в животноводстве на технологические (кормоприготовление и поение животных, получение и обработка продукции, мойка оборудования и т. д.), зооветеринарные, санитарно-гигиенические нужды, отопление помещений и др. Расход горячей воды на отдельные процессы и операции устанавливаются нормами технологического проектирования сельскохозяйственных предприятий (НТП-СХ) и строительными нормами и правилами (СНиП).
Распространению электроводонагревателей способствует простота устройства и обслуживания, легкость и точность автоматизации, постоянная готовность к работе. Благодаря этому затраты труда на получение горячей воды и пара сокращаются в десятки раз, особенно на небольших животноводческих фермах, не имеющих собственных огневых котельных.
Установки для электронагрева воды классифицируются: по типу: водонагреватели и парообразователи; степени централизации: местные (индивидуальные) и централизованные;
режиму электропотребления: по свободному графику и до режимному графику (теплоаккумуляционные);
рабочему давлению: атмосферного давления, низкого давления (до 6-105 Па), высокого давления (свыше 6-105... 106 Па);
принципу действия: непроточные (емкостные), проточные (быстродействующие).
Установки централизованного горячего водоснабжения обладают повышенными капитальными затратами и пониженным тепловым к. п. д. Эти установки универсальные и применяются в крупных хозяйствах, где потребляется большое количество горячей воды для разнообразных нужд. Однако их использование требует достаточно убедительного технико-экономического обоснования.
Наоборот, местные установки горячего водоснабжения более просты по устройству, легко автоматизируются, имеют повышенный к. п. д. Их применяют, как правило, для получения горячей воды для одной или нескольких целей (например, поение телят, мытье молочных фляг и др.).
Проточные водонагреватели позволяют получать горячую воду сразу после включения, однако имеют высокую установленную тепловую мощность. Включение их в часы максимума нагрузки требует дополнительной мощности трансформаторных подстанций. У непроточных водонагревателей с совмещенными или отдельными баками-аккумуляторами горячей воды мощность меньше, они могут включаться в часы провалов в суточных графиках нагрузки подстанций, обеспечивая полную загрузку электрических сетей и подстанций в течение суток.
Тепловая мощность водонагревателя определяется максимальным расчетным часовым расходом горячей воды из суточного графика водопотребления. Этот график строят, исходя из удельных норм расхода воды и режимов водопотребления в течение суток. При этом горячую воду разной температуры обычно получают путем смешивания с холодной.
ЭЛЕМЕНТНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ И КИПЯТИЛЬНИКИ
Элементные водонагреватели выполняют обычно с герметическими трубчатыми электронагревательными элементами (ТЭНами). К преимуществам этих водонагревателей относят: повышенную электробезопасность, отсутствие загрязнения воды и неизменную мощность.
В основном элементные водонагреватели выполняются индивидуальными для водоснабжения мелких разбросанных потребителей.
Изготавливают их проточными и емкостными, работающими при атмосферном давлении. На животноводческих фермах широко распространены емкостные водонагреватели типа ВЭТ (водонагреватель электрический — термос), предназначенные для нагрева воды до 90°С, используемые в молочных, моечных, на доильных площадках и так далее.
Рис. 19.1. Водонагреватель электрический термос ВЭТ-200:
I — изолирующая вставка трубопровода холодной воды; 2 — спускной вентиль; 3 — кожух; 4 — крестовина; 5—резервуар; 6 — нагреватель; 7 — температурное реле; 8-вата минеральная; 9 — разборный трубопровод.
Их изготавливают вместимостью от 200 до 1600 л и мощностью от 6 до 33 кВт.
Водонагреватель ВЭТ-200 (рис. 19.1) имеет резервуар со сферическими днищами и наружный жестяной кожух, между которыми заложена тепловая изоляция. Нагревательное устройство состоит из трубчатых элементов, соединенных в «звезду» при питание от сети 380/220 В.
Питание водой осуществляется через поплавковым поршневой клапан, автоматически поддерживающий определенный уровень заполнения резервуара. Заданная температура воды поддерживается автоматически при помощи дилатометрического терморегулятора.
Водонагреватели проточного тепла отличаются компактностью и быстродействием. В сельскохозяйственном производстве распространен электрический проточный водонагреватель ЭПВ-2А (рис. 19.3). Нагрев воды производится тремя ТЭНами, установленными в цилиндрический теплоизолированный корпус 2. Общая мощность ТЭНов 12 кВт.
При температуре нагрева воды 90°С производительность аппарата достигает 120 л/ч, что достаточно для удовлетворения потребности в горячей воде, например коровника на 100 голов.
Температуру нагретой воды регулируют степенью открытия вентиля на подводящем трубопроводе 8 или автоматическим включением и отключением элементов при заданном расходе воды. Во избежание перегрева нагревательных элементов 1 вода должна непрерывно протекать через аппарат. Для предотвращения возможности взрыва при интенсивном парообразовании (например, в случае прекращения потока воды) на отводящем штуцере 4 установлен предохранительный клапан давления 5. Подогрев проточной воды. Примером эффектного использования элементных водонагревателей являются системы электроподогрева воды для поения животных и птицы. Согласно зоотехническим требованиям, температура воды в поилках должна быть: для крупного рогатого скота не ниже + (5... 7)°С, для кур-несушек + (10... 13°С).
Кроме того, подогрев воды в циркуляционных системах необходим, чтобы предотвратить замерзание трубопроводов зимой в неотапливаемых помещениях.
Водонагреватель ВЭП-600 (рис. 19.4) предназначен для подогрева питьевой воды в коровниках до 200 коров с привязным содержанием. Его можно также использовать для подогрева воды до 80°С, используемой для технических нужд. Мощность ТЭНов составляет 10 кВт. Водонагреватель включает в себя проточный нагревательный бак 4 с предохранительным клапаном 6, терморегулятором 7 и термометром 8. Циркуляция воды в системе осуществляется при помощи насоса 9. В комплект установки входит шкаф управления. Температуру воды на выходе нагревателя регулирует термореле, а цикличность работы насоса автоматически обеспечивает поддержание заданной температуры воды при помощи термореле, установленного в самой холодной зоне системы поения.
Рис. 19.4. Водонагреватель электрический ВЭП-600:
1 — изолирующие вставки; 2— нагревательный блок; 3— обратный клапан; 4 — бак; 5 — шкаф управления; 8 — предохранительный клапан; 7 — термоконтактор; 8 — термометр; 9— насос.
При беспривязном содержании крупного рогатого скота применяют специальные групповые автопоилки с электроподогревом воды типа АГК-4 мощностью 1 кВт.
Элементные кипятильники предназначены для получения воды около 100°С (кипяток). Кипяток необходим для санитарно-гигиенических нужд в подсобных помещениях производственных объектов (на фермах, в овощехранилищах, цехах и лабораториях). Особенно распространены элементные кипятильники на предприятиях общественного питания.
Кипятильники непрерывного действия (рис. 19.5, а) работают по принципу сообщающихся сосудов: одним сосудом служит корпус кипятильника 2, другим — питательный бачок 7, устанавливаемый рядом с корпусом.
Рис. 19.5. Принципиальная конструктивная (а) и электрическая схема (б) элементного кипятильника КНЭ:
K1 — реле; К2 — магнитный пускатель; Т — трансформатор; R1 — резистор; Hi, Н2 — сигнальные лампы; VI.. . V4 — диоды; E1, Е2, Е3 — ТЭНы; F1 — предохранитель; S1 — выключатель; Е4, Е5 — электродные датчики «сухого хода».
Оба сосуда соединены между собой питательной трубой 3.
Корпус кипятильника разделен на две половины, верхняя из которых служит резервуаром-сборником кипятка 9, а в нижней находятся ТЭНы 11 для приготовления кипятка.
Корпус раздолен перегородкой— диафрагмой 10 с переливной трубкой 8, соединяющей обе части кипятильника.
В сборнике кипятка размещены разборный кран и пароотводные отверстия 4. Сверху резервуар закрыт крышкой.
В питательном бачке расположен полый шар-поплавок 6, регулирующий поступление холодной воды при помощи питательного клапана 5.
При включении ТЭНов по мере повышения температуры воды паровые пузырьки, образующиеся при кипении, увлекают воду вверх; в переливной трубе начинается бурление, при этом уровень воды повышается и кипяток переливается через край переливной трубы в сборник кипятка.
Выпускаются кипятильники типа КПЭ производительностью от 25 до 100 л/ч и установленной мощностью ТЭНов от 3 до 12 кВт.
Электрическая схема кипятильника (рис. 19.5,5) предусматривает защиту ТЭНов от «сухого хода» и автоматическое поддержание уровня воды в сборнике кипятка при помощи электродных датчиков Е4 и Е5. Один из электродов датчика Е4 находится в питательной трубке на уровне погружения ТЭНов, а два других установлены в сборнике кипятка, соответствующие верхнему и нижнему уровню кипятка. Лампа Н2 сигнализирует о работе ТЭНов, а Н1 о включении кипятильника в сеть.
Чтобы предотвратить коррозию и накипеобразование на ТЭНах, ежедневно после окончания работы кипятильник промывают холодной водой. При этом создают «тепловой удар» (включают ТЭНы без воды на 2...3 мин с последующей промывкой холодной водой). В результате охлаждения резко меняются геометрические размеры ТЭНов, и с их поверхности отделяется накипь.
