устройство, как работает котел длительного горения на твердом топливе, принцип действия

Содержание:

Не секрет, что с точки зрения экономичности и удобства эксплуатации наиболее удобным является газовое отопление. В тех случаях, когда населенный пункт находится в значительном удалении от газовой магистрали, автономное теплоснабжение рациональнее всего оснастить твердотопливным колом.

Общие сведения

Из-за высокой стоимости дизельного топлива и электричества, а также дополнительных расходов на подключение газового оборудования во многих случаях выбор делают в сторону котла на твердом топливе. В результате получается обзавестись отопительной системой, на работу которой не влияет наличие или отсутствие внешних энергоносителей. Как правило, большая часть приборов данного типа не нуждаются в электрической энергии, или же потребляют ее в очень небольших количествах.

Чаще всего твердотопливными котлами комплектуются индивидуальные системы отопления в отдаленных районах, испытывающих серьезные затруднения с подачей магистрального газа. Существуют целые области нашей страны, где в качестве основного обогревающего агрегата используются дровяные котлы.

Особенности конструкции

Для понимания принципа работы твердотопливного котла предлагается рассмотреть его конструкцию, в состав которой входит несколько элементов.

Топка

Это название применяется к камере, где происходит сгорания топлива. Обычно она выполняет также роль теплообменника. Конструкция топки состоит из портала для подачи топлива, зоны выведения продуктов сгорания, колосника, емкости для сбора золы и воздушного отверстия. Когда твердое топливо сгорает, это способствует нагреванию стенок топки. В дальнейшем тепловая энергия передается воде в специальной рубашке, которая окружает топку со всех сторон.

Водяная рубашка

Принцип действия твердотопливного котла подразумевает наличие в его топке двойных стенок: в промежутке между ними заполняют теплоносителем. Такую конструкцию называют водяной рубашкой. По мере горения топлива происходит нагревание жидкости в водяной рубашке. Это приводит к появлению тепловых потоков, поднимающих горячий теплоноситель в верхнюю часть емкости. Отсюда горячая вода перетекает в теплопровод. После того, как жидкость пройдет по всему отопительному контуру и отдаст тепло жилищу, она возвращается в остывшем состоянии обратно. Для этих целей имеет нижний патрубок.

Для убыстрения циркуляции воды внутри отопительной системы на некоторых твердотопливных котлах монтируются специальные насосы. Однако большая часть моделей выпускается для открытых отопительных систем. Имеются в виду схемы, где теплоноситель двигается не за счет работающей помпы, а благодаря небольшому уклону трубопровода. Объясняется это простотой, надежностью и экономичностью инерционных систем. К тому же, они полностью независимы от наличия электрической энергии. Благодаря этому их можно применять в отдаленных районах, лишенных благ цивилизации.

Система дымоудаления

Принцип работы твердотопливного котла объясняет образование внутри топки значительного количества дыма. Для удаления продуктов горения используют теплоизолированные трубы, проложенные от котла за пределы дома.

Контроль и регулировка температуры

Как известно, обязательным условием для процесса горения является подача воздуха. При чем от интенсивности этой подачи напрямую зависит скорость горения. Этот принцип используется в конструкции твердотопливных котлов, где для регулировки поступления воздуха имеются механические заслонки и шиберы.

Для такой схемы устройства твердотопливного котла отопления характерна простота и надежность: заслонку прочно скрепляют со специальным регулятором. Если температура чрезмерно поднимется, это провоцирует расширение стенок регулятора и следующее за этим опускание заслонки. В итоге снижается интенсивность поступления кислорода в топочную камеру. Процесс остывания регулятора активизирует обратный процесс поднятия заслонки: воздух получает возможность поступать в большем объеме, увеличивая тем самым интенсивность горения.

На первый взгляд может показаться, что учитывая принцип работы твердотопливного котла длительного горения, такая схема управления процессом горения слишком примитивна и архаична. Однако именно простота служит залогом ее эффективности и надежности. Это объясняет широкое распространение шиберной регулировки в большинстве моделей твердотопливных отопительных котлов. Строго говоря, такой подход до сих пор не испытывает особой конкуренции, т.к. в этом случае не требуется дорогостоящая электроэнергия.

Разновидности твердотопливных котлов

Принцип действия твердотопливных котлов позволяет им быть частью различных современных схем. Речь идет как о самых простых одноконтурных приборах, так и о мощнейших многофункциональных агрегатах с высокой производительностью. Существует несколько способов классификации твердотопливного оборудования.

По материалу изготовления:

1. Из стали. Стоимость на стальные приборы ниже, чем на чугунные. К тому же они более просты в обслуживании: чистка проходит без особых проблем. Из недостатков можно выделить чувствительность моделей к температуре в обратной трубе: она должна быть не менее +60 градусов. Это предусматривает использование специальных клапанов для поддерживания необходимого температурного режима путем подмешивания в обратку горячей воды из подающей трубы.
2. Из чугуна. Отличаются более высокой долговечностью, однако требуют сложный уход. Использование чугунных твердотопливных котлов рекомендуется в случае их непрерывного использования. Приобретение сверхнадежного чугунного агрегата только для аварийных случаев является непрактичным решением. С подобными задачами в состоянии справиться более дешевые стальные модели.

Принцип работы

Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.

По способу теплопередачи котлы бывают:

• Воздушными.
• Паровыми.
• Водяными (встречаются чаще всего).

По принципу сжигания топлива:

• Традиционные. Работают на дровах и угле. Принцип действия такой же, как у обычной дровяной печи.
• Длительного горения. Инновационная разработка в области оборудования для отопления. Твердотопливные котлы длительного горения имеют вид удлиненной топочной камеры, окруженной со всех сторон водяной рубашкой. При горении пламя распространяется не снизу вверх, а сверху вниз, напоминая в этом отношении процесс горения свечи. Принцип работы котла длительного горения позволяет достигать полного сгорания топлива. При этом увеличивается промежуток горения одной закладки топлива (до 7 суток). Работает котел длительного горения, как правило, при стабильно высокой температуре теплоносителя, что на порядок повышает его КПД. Бесперебойное и безопасное функционирование таких моделей достигается за счет включения в конструкцию вентиляторов для экстренного тушения, предохранительного клапана и циркуляционной помпы.

• Пеллетные. В качестве топлива здесь используются специальные пеллеты. Такие котлы дополнительно оснащаются автоматической системой подачи пеллет и бункером для хранения топлива. Благодаря электронным датчикам осуществляется контроль наличия топлива внутри топки. Для работы такой системы необходимо стабильное электрическое питание.
• Пиролизные. Уникальное оборудование, где наряду с энергией от горения твердого топлива используется также тепловыделение газов. Это дает возможность небольшой объем топлива обратить в значительную порцию тепловой энергии. В результате достигается повышение КПД котла и снижение вредных выхлопов.

Принцип работы твердотопливных котлов длительного горения дает возможность применить автоматизацию. Управление агрегатами данного типа настолько простое, что его может осилить ребенок.

Итоги

Для организации системы отопления можно применить несколько схем устройства котла на твердом топливе. Любая из разновидностей агрегата представляет собой универсальный прибор, превосходящий своих электрических и дизельных собратьев в плане экономичности.

Твердотопливный котел длительного горения своими руками

Наиболее эффективным источником теплоснабжения для одноэтажных жилых объектов, которые не имеют подключения к магистральному газопроводу, считается котел длительного горения.

Для домашних мастеров, которые владеют навыками слесарного ремесла и знают, правила работы со сваркой, выгоднее сделать твердотопливный котел своими руками, благо, что материалы для этого достаточно в интернете.

СодержаниеПоказать

Принцип работы котлоагрегата длительного горения

Самыми инновационными, считаются установки с верхним горением. Он имеет существенное отличие от традиционных котлов, поскольку в конструкции отсутствует зольник и колосниковая решетка.

Поддержание рабочего температурного режима осуществляется за счет технологии верхнего горения. Воздух тоже подается сверху в центр горящего слоя топлива через подвижный распределитель воздушного потока.

При загрузке топлива он поднимается в верхнее положение. Во время протекания процесса сгорания распределитель подпирает дрова, тем самым опуская их и продвигаясь вместе с ними, по мере сгорания топлива.

Продукты сгорания с золой поступают вверх топочного пространства и отделяются от первичной области горения массивным железным диском. За ним пиролизный газ смешивается с воздухом, летучие вещества догорают, отдавая выработанную тепловую энергию теплообменному аппарату.

В таких котлах заводского изготовления на входе в камеру дожига, устанавливают авторегулятор разряжения. Он определяет значение температуры теплоносителя, в соответствии с которой подстраивает скорость движение топочных газов. Его работу может заменить дымосос для твердотопливного котла, выполненного своими руками.

Теплообменник выполнен вдоль всей корпусной части котла. Циркуляция теплоносителя протекает сверху вниз. Самая большая сложность данной конструкции — выполнить удаление золы и шлака. Эту особенность нужно учитывать, перед тем как изготовить твердотопливный котел длительного горения своими руками

Конструкция

Этот котлоагрегат отличается своей формой круглого сечения, и имеет возможность изготавливаться из труб больших типоразмеров. Кроме того конструкция позволяет подавать воздух непосредственно в зону горения, для чего котел комплектуется воздухоподводящей телескопической трубой. Внизу трубы с целью равномерной подачи кислорода приваривается «тарелка» с лопастями.

Для создания наилучших режимов для сгорания дров вверху конструкции корпуса расположена камера нагрева воздуха. Подача которого, влияет на процессы горения.

Котлы длительного горения, выполненные своими руками, имеют теплообменный аппарат, граничащей с топкой. Дымовая труба проходит через внешний бак. Горячие дымовые газы дополнительно подогревают теплоноситель, что способствует повышению эффективности работы котла.

В некоторых тепловых схемах, для повышения теплоотдачи от топлива устанавливается специальная буферная емкость для теплоносителя. Такой теплоаккумулятор также можно выполнить своими руками, приспособив для этого дополнительную емкость и установив внутрь змеевик для греющей среды.

Преимущества и недостатки

Котлоагрегата такого типа обладают весьма солидной стоимостью и самое большое его преимущество в том, что такие конструкции, возможно, изготавливать своими силами.

Главные положительные преимущества котлоагрегатов длительного горения:

1. Эффективность процесса горения, обеспечивает сверхвысокий КПД порядка 95%.
2. Применение в схемах автономного теплоснабжения для отопления и ГВС.
3. Экономичность выработки тепловой энергии.
4. Надежность и длительные сроки эксплуатации.
5. Высокая экологическая безопасность, из-за использования пиролизного газа.
6. Мультитопливность — способность использовать практически все виды твердого топлива.

Котлы длительного горения, выполненные своими руками, обладают рядом недостатков:

1. Значительные габариты.
2. Обязательная установка в отдельном помещении — топочной, что нужно учитывать, перед тем, как сделать котел длительного горения своими руками.
3. Необходимость постоянного обслуживания.

Меры безопасности при работе

Шахтный котел длительного горения, выполненный своими руками, относится к объектам повышенной пожарной опасности, поэтому они должны изготавливаться, монтироваться и эксплуатироваться с выполнением правил пожарной и санитарной безопасности.

Еще одна схема. Принцип один и тот же.

При эксплуатации самодельного котла длительного горения не допускается выполнять следующие действия:

1. Перекрывать воздуховоды в топочную, когда котел работает. Недостаток кислорода приводит к засмоливанию и образованию полукоксового газа.
2. Применять топливо, которое не предусмотрено инструкцией котла: пластмассы и жидкости, способные выделять ядовитые газы.
3. Запускать устройство в работу, при незаполненной системой теплоснабжения.
4. Наполнение горячего котлоагрегата холодной сетевой водой.
5. Заполнять отопительную систему с давлением теплоносителя большим допустимого давления в котлоагрегате.
6. Выполнять забор горячей воды из греющего контура котла для ГВС.
7. Включать в работу котел с неработоспособной дымоотводной системой.
8. Устанавливать запорные вентиля, отсекающие систему отопления от расширительной емкости.
9. Повышать температуру греющего теплоносителя больше 90 С.
10. Разжигать котлоагрегат в случае замерзания сетевой воды, при минусовых температурах в топочной.
11. Дозагружать топливом котел, если прекращен отбор тепла.
12. Оставлять незаглушенный котлоагрегат без надзора.
13. Держать легковозгораемые материалы рядом с котлом на твердом топливе, выполненного своими руками.

Пошаговая инструкция выполнения котлоагрегата своими руками

Выполнить своими силами твердотопливный котел с длительным горением топлива — задача под силу только профессионалу, начинающему мастеру с такой работой справиться будет трудно.

Схема котла

Потребуется иметь, по крайней мере, элементарную практику работы со сварочным агрегатом. Перед тем как приступить к сооружению котла длительного горения своими руками, подготавливают чертежи, инструменты и узловые детали котла.

Перечень инструментов и материалов:

• Бытовой сварочный агрегат.
• Набор слесарных инструментов.
• Круг алмазный шлифовальный.
• Электрическая дрель.
• Угловая шлифмашина.
• Защитная спецодежда, ботики, рукавицы и щиток для защиты лица и глаз.
• Пустой пропановый баллон.
• Стальной лист.
• Шнур ШАОН.
• Труба, сталь.
• Железные дверные петли и ручки.
• Стальной уголок или лопасти.
• Металлический дымоход.

Разметка и сборка корпуса

При помощи маркера выполняют разметку изделий на пропановом баллоне в соответствии с данными схемы. Выполняют прямоугольный проход непосредственно под зольник и дверцу, посредством которой осуществляется очистка котлоагрегата.

По верхней области баллона вдоль всего периметра выполняют равномерную линию-срез для удаления верхушки.

Ее снимают с применением болгарки. Далее по центру размечают место прохода дымовой трубы. Диаметр прохода обязан быть немного больше сечения дымохода.

Проделывают в крышке отверстие и приваривают металлическое кольцо, которое станет вплотную охватывать трубу, помещенную в сосуд. Присоединяют кольцо по кругу и обваривают стальным листом шириной 6 мм с наружной и внутренней стороны сосуда, на который станет устанавливаться верхняя крышка.

Изготовление воздуходувной трубы

Для такой конструкции котла длительного горения берут стальную трубу в диапазоне от 90 до 110 см в том случае, когда корпус котла будет изготавливаться из пропанового баллона.

Для тех вариантов, когда корпус будет выполняться из трубы большого диаметра, длина воздуходувной трубы должна быть на 250 мм больше, чем у корпуса. Поскольку в процессе сгорания твердого топлива, слой его будет уменьшаться, а вместе с ним будет опускаться воздуховод.

Далее приступают к оформлению верхней крышки котла. Для этого используют срезанную верхушку баллона. Вырезают из стального листа надежное крепление и тщательно приваривают его по линии среза корпуса, заранее протянув по окружности асбестовый шнур.

Приваривают ручки к крышке. Ее конструкция должна быть подогнана к размерам корпуса таким образом, чтобы ее можно было легко снять и поставить обратно.

Готовим систему подачи воздуха

Для того чтобы воздух подавался точно в зону горения к воздуходувной трубе устанавливается специальное устройство — распределитель воздуха, который выполняется в форме тарелки с лопастями.

Для его изготовления измеряют внутренний диаметр пропанового баллона. Далее на стальном листе чертят круг с диаметром на 5 мм меньше, чем измеренный внутренний диаметр корпуса котла. Болгаркой вырезают расчерченный узел.

Далее из стального уголка изготавливают шесть лопастей, для чего уголок разрезают на 6 одинаковых элементов. Если у мастера есть подходящего размера старая крыльчатка от насоса, это будет лучший вариант для создания равномерного вихревого движения воздушных масс. Приваривают металлические дуги или уголки на одинаковом расстоянии друг от друга с ориентацией против часовой стрелки.

Изготовление патрубка к дымоходу

При изготовлении дымоотводящего патрубка котла, нужно учитывать размеры дымовой трубы, они не должны быть меньше выходного отверстия, указанного в чертежах твердотопливного котла длительного горения.

В противном случае будет нарушен расчетный режим дымоотвода из агрегата, он станет коптить или иметь высокую тягу, что не даст возможность образовываться пиролизному газу в топочной камере. Выполняют разметку под патрубок, к верхнему дымоотводному патрубку присоединяют металлическую дымовую трубу.

Изготовление зольника

На корпусе пропанового баллона выполняют разметку под дверцу для зольной камеры и вырезают болгаркой. В отличие от традиционных котлов, у которых зольник и решетка находятся снизу, здесь зола будет подниматься.

Вырез под дверку

Для ее удаления потребуется дверка, которую выполняют дополнительно из стального листа. Далее она прикручивается на металлические петли к корпусу котлоагрегата. Для того чтобы ее можно было открывать выполняют ручку в виде небольшой петли из утолщенного армирующего стержня.

Делаем теплообменник

Теплообменный аппарат твердотопливных котлов длительного горения изготавливается по принципу водяной рубашки. Каких-то ограничений по его размеру не существует и зависит от личных предпочтений мастера.

Чем он получится больше, тем больше топлива пользователь сумеет в него положить, а это означает, что котел будет иметь большую продолжительность горения.

Теплообменник вырезается из стального листа толщиной не менее 6 мм, соответствующего наружным размерам пропанового баллона, для внешнего расположения. Лист сваривается в надежный корпус, с внутренним размещением баллона.

В него врезаются верхний/нижний патрубок для подачи и обратки греющего теплоносителя. В центральной части корпуса котла выполняют проем для загрузки топлива, вырезают его болгаркой и укрепляют дверцу для топливоподачи.

Общая сборка и установка котла

Обвязка котлоагрегата, теплообменного аппарата должны выполняться стальными трубами, соединенные стальными или чугунными сгонами. ПХВ-трубы и их соединяющие элементы для такого вида котлов не допускается.

Твердотопливные котлоагрегаты обладают высокой инертностью, в аварийной ситуации их нельзя быстро остановить, они будут работать до тех пор, пока не выгорит все топливо. Поэтому возможен перегрев сетевой воды, который ПХВ-материалы выдержать не смогут.

Диаметр труб отопительного контура должен обеспечить естественную циркуляцию теплоносителя или расчетный расход воды в системах с принудительной циркуляцией.

Также имеются ограничения по предельному давлению в отопительной сети, которое устанавливается в зависимости от этажности здания. Для безопасной эксплуатации такого оборудования система должна комплектоваться предохранительным клапаном по давлению теплоносителя, воздушниками и расширительным бачком.

Перед запуском котла в эксплуатацию должны быть выполнены следующие этапы:

1. Монтаж котла и вспомогательного оборудования в специально определенном для этого топочном помещении.
2. Обвязка отопительной системы со вспомогательным оборудованием, проверка качества работ опрессовкой или гидравлическим испытанием на давление с показателем 1.5 от рабочего.
3. Обвязка циркуляционного насоса и первичных датчиков системы безопасности котла в системе отопления, выполненной своими руками.
4. Установка дымовой трубы.

Установка котла в помещении

Это очень важный этап, поскольку с ним связана пожарная безопасности жилого дома. Под агрегат предпочтительнее выделить индивидуальное помещение — топочную, а в случае невозможности, оградить его от места пребывания жильцов защитными экранами, чтобы исключить случайные ожоги.

Котел размещается в зоне, где есть возможность выхода дымовентиляционной системы. Он должен иметь свободные подступы со всех сторон от 70 см до 125см, для безаварийного обслуживания в процессе горения и выполнения ремонтных работ. Для размещения котла выполняется бетонное несгораемое основание.

Расстояние дверки топки до ближайшей стенки должны быть не меньше 125 см. Промежутки между боковыми и задней стенками агрегата и несущей стеной дома должны быть не меньше 70 см. Если стеновые конструкции дома выполнены из дерева либо иного горючего стройматериала, требуется выполнить их защиту стальным листом.

Место примыкания горячих поверхностей дымовентиляционной системы теплоизолируется базальтовыми материалами. Для усиления эффекта теплоизоляции рекомендуется использовать обыкновенный красный кирпич, которым обкладывают по периметру зону примыкания.

Подключаем котел к дымоходу

Далее по схеме подсоединяют дымовую трубу к газоотводящему патрубку котлоагрегата. Тут нужно быть внимательным, диаметр должен быть должен быть не меньше котлового дымового патрубка.

В том случае, когда этот размер будут нарушен, произойдет уменьшение проходного сечения трубы, в топке будет создаваться подпор движению дымовых газов, с возможным выходом угарных газов в жилое помещение.

При обустройстве дымоотводной системы, не менее важное значение имеет площадь сечения и высота трубы, а также материал и степень шероховатости внутренней трубной поверхности. Обычно высота её колеблется от 7 до 10 м. При развитии излишней тяги в дымоходе, на нем устанавливают дроссельный клапан.

Растопка котла

Для того чтобы проверить собранный твердотопливный котел — лучше это выполнить на открытой площадке, соорудив для него временный дымоход. Для помещений с площадью более 40 м2, допускается соединять вертикально два баллона, чтобы увеличить объем, для закладки дров.

Случается, что при первом розжиге котел длительного горения на твердом топливе выделяет неприятные запахи, нужно установить их причину.

Если это запах горелой краски, то ничего страшного в этом нет, он скоро прекратится. А если этот запах связан с выходом дымовых газов — потребуется еще раз проверить плотность соединения элементов котла по газовому тракту.

Для того, чтобы обезопасить жильцов от возможных проблем с дымоотведением в момент первого запуска, рекомендуется ее проводить в течение часа, на предельной тепловой мощности, с учетом создания максимального режима приточно-вытяжной вентиляции.

Советы по эксплуатации

В основном, твердотопливные котлоагрегаты признаются наименее опасными, чем газовые. Тем не менее, это не означает, что таким устройствам нужно уделять меньше внимания во время эксплуатации. Прежде всего, нужно позаботиться о пожарной безопасности агрегата, рядом с ним не должны находиться легковозгораемые материала и предметы домашнего обихода.

Также нужно обратить внимание на качество теплоносителя. Данные агрегаты требовательные к жесткости подпитывающей воды. Если она имеет высокие показатели, лучше проводить ее доумягчение в специальных фильтрах или применение смягчающих добавок.

В противном случае водяная рубашка будет интенсивно заполняться накипью, процесс теплопередачи от дымовых газов к воде будет нарушен, поэтому со временем металл топки перегорит.

Добавляя химические средства для умягчения воды нужно запомнить, что нельзя эту воду использовать для открытого горячего водоснабжения, а кроме того в котел запрещено добавлять антифриз, обладающий этиленгликолем.

Загрузку топки необходимо выполнять с закрытым поддувалом, заполняя ее до установленного объема. Чистку золы выполняют из специального отсека, удаляя только лишь полностью сгоревшее топливо.

Для создания устойчивой естественной циркуляции дымовых газов требуется ежедневно прогревать дымоход в рабочем температурном режиме котла на твердом топливе на протяжении 20-25 минут.

Поддувало при этом, должно быть, как можно больше открыто, тем самым создается наибольшая тяга. Для котлов с принудительным отводом уходящих газов для котла на твердом топливе устанавливается вентилятор.

Грамотная эксплуатация котлоагрегата, выполнение инструкций и правил пожарной безопасности, обеспечивает эффективную и безопасную работу твердотопливного котла длительного горения.

Твердотопливные котлы (обзор)

Содержание:

Конструкция и принцип работы твердотопливных котлов

Преимущества и недостатки котлов на твёрдом топливе

Классические твердотопливные котлы

Котлы длительного горения

Пиролизные котлы

Пеллетные котлы

Расчёт мощности и основные принципы монтажа котлов на твёрдом топливе

Котлы на твёрдом топливе изготавливаются из стали или чугуна и применяются для обеспечения отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий. Совмещают в себе экономичность и возможность обустройства автономной системы отопления, что особенно актуально для негазифицированных регионов и районов с нестабильной подачей электроэнергии. Принцип действия данного вида котлов основан на выделении тепловой энергии в результате сгорания таких видов твёрдого топлива, как уголь, торф, дрова, пеллеты и других.

Конструкция и принцип работы твердотопливных котлов

Классический твердотопливный котёл представляет собой модульную конструкцию, собранную в одном корпусе.

Основные элементы конструкции:
1. Теплообменник является одной из важнейших деталей котла, с его помощью осуществляется передача тепловой энергии разогретого дымового газа непосредственно теплоносителю. Скорость прохождения газа регулируется дымососом. В среднем срок эксплуатации теплообменника составляет около 20 лет. Для изготовления может применяться сталь или чугун.
Стальной теплообменник обходится дешевле, однако быстрее изнашивается. Желательно поддерживать температуру теплоносителя не ниже 65° С, чтобы не допускать образования конденсата. К преимуществам стального теплообменника можно отнести его устойчивость к резким перепадам температур.
Чугунный теплообменник более долговечен, меньше подвержен образованию коррозии и требует поддержания температуры теплоносителя от 50° С и выше.

2. Топочная камера с дверцей предназначена для загрузки и сжигания топлива.

3. Колосниковая решётка должна иметь высокую теплокоррозийную устойчивость, для изготовления часто применяется сплав железа и графита (серый чугун). Решётка обеспечивает доступ воздуха для поддержания горения, равномерное распределение топлива, а также отсев несгоревших остатков в зольник.

4. Люк для прочистки верхних ходов.

5. Регулятор температуры может быть как механическим (регулятор тяги), так и автоматическим (микропроцессорный контроллер).
Для более комфортной и безопасной эксплуатации котла могут применяться дополнительные устройства: регулятор тяги, газовая горелка для розжига, термостатический клапан для предотвращения перегрева и другие.

Работа котла начинается с розжига, в процессе которого происходит быстрое повышение температуры с 30-35° С до 500-600° С за 5-10 минут. В это же время температура теплообменника возрастает до 40-70° С в зависимости от настроек системы. На следующем этапе температура в топке достигает 1000-1300° С в зависимости от применяемого топлива, а теплоноситель прогревается до рабочей температуры. На данном этапе важно не допустить превышения температуры 95° С, что достигается посредством регулировки поступления воздуха в камеру сгорания при помощи задвижки. На заключительном этапе топливо полностью прогорает, и образуются тлеющие угли, после чего происходит постепенное затухание и снижение температуры.

Большинство современных котлов оснащаются датчиком предназначенным для автоматического поддержания температуры в диапазоне от 65° С до 90° С. Датчик соединяется с заслонкой, которая регулирует доступ воздуха в топочную камеру для поддержания процесса горения.

Преимущества и недостатки котлов на твёрдом топливе

Применение твердотопливных котлов в системах отопления и горячего водоснабжения имеет ряд преимуществ:
1. Главным преимуществом котлов на твёрдом топливе является возможность их автономной работы. Работа котла не зависит от наличия электричества, газа или других внешних источников энергоснабжения, что позволяет эксплуатировать его в удалённых районах, а также использовать в качестве дублирующего источника тепла в случае отключения электроэнергии или возникновении проблем с подачей газа.
2. Применяемые виды топлива (уголь, торф, пеллеты и другие) обходятся намного дешевле использования газа, электроэнергии или дизельного топлива. Однако стоит учитывать дополнительные расходы на доставку, погрузочно-разгрузочные работы и хранение.
3. Максимальный КПД у стандартных котлов может достигать 84,9%.
4. Простое устройство котла существенно повышает его надёжность и продлевает срок службы.
5. Большинство моделей котлов может работать на разных видах топлива.
6. Стоимость твердотопливного котла ниже газового или электрического аналогичной мощности.

К недостаткам твердотопливных котлов можно отнести потребность в отдельном помещении для установки котла и хранения запасов топлива. Эксплуатация более трудоёмка, так как требует регулярной ручной загрузки топлива, вычистки золы и сажи.

Классические твердотопливные котлы

Стандартные твердотопливные котлы имеют предельно простую конструкцию, что обуславливает довольно низкую стоимость и простоту эксплуатации. Такие котлы имеют объёмное топочное отделение и неприхотливы к виду и качеству топлива. Полная энергонезависимость позволяет применять их в условиях отсутствующего или нестабильного электроснабжения.

Простота конструкции имеет и отрицательные стороны – сравнительно низкий КПД, необходимость частой загрузки топлива, механическая регулировка температуры теплоносителя, чувствительность к уровню влажности топлива и другие. Также требуется довольно частая очистка котла – накопление золы снижает производительность котла и может привести к перегреву и поломке. При эксплуатации таких котлов следует учитывать их большую инерционность – возможно только постепенное и относительно медленное снижение или повышение температуры, быстрый разогрев или выключение котла невозможны. Учитывая невысокую цену, такие котлы целесообразно применять в качестве запасного варианта на случай перебоев с поставками электроэнергии или газа.

Котлы длительного горения

Принцип действия котлов длительного горения направлен на продолжительное и экономное сжигание топлива. Период работы таких котлов на одной загрузке составляет до 5 суток при использовании угля и до 30 часов при использовании дров. Для увеличения времени работы и количества выделяемого тепла применяется метод «верхнего» или «верхне-нижнего» горения. Наглядно этот метод можно рассмотреть на примере горения обычной спички, повернув её сначала пламенем в направлении пола, а потом перенаправив вверх – при направлении пламени вверх время сгорания существенно возрастёт.

Камера подогрева воздуха соединяется с топочной камерой при помощи телескопической трубы с воздухораспределителем, через которую подаётся подогретый воздух. По мере прогорания топлива труба опускается под собственным весом, что обеспечивает равномерное оптимальное сгорание тонкого верхнего слоя топлива.

Отличительной особенностью таких котлов является большой объём топочной камеры, позволяющий загрузить до 50 кг топлива. За счёт ограниченной подачи воздуха происходит не столько сгорание, сколько тление топлива. Благодаря объёму камеры и медленному сгоранию, одной закладки топлива достаточно для работы котла от 12 часов до 5 суток. КПД таких котлов достигает 90%, они просты в эксплуатации и обслуживании.
Подобная, но более совершенная и экономичная технология применяется и в газогенераторных котлах.

Пиролизные котлы

Эффективность работы пиролизных (газогенераторных) котлов достигается за счёт раздельного сжигания твёрдого топлива и выделяемых в процессе горючих газов в отдельных камерах сгорания. Другое название явления пиролиза – сухая перегонка. Под воздействием высокой температуры (200-800° С) и при ограниченном доступе воздуха в камеру сгорания происходит разложение топлива на твёрдый остаток и пиролизный газ (смесь азота, водорода, угарного газа и углеводородов). Горючий газ с помощью вентилятора подаётся по керамической форсунке во вторую камеру, где происходит подмешивание кислорода и сжигание газа. В результате происходит дополнительная подсушка органического топлива (преимущественно используются дрова или щепа), что способствует более полному сгоранию и образованию меньшего количества золы и сажи. КПД пиролизных котлов может достигать 85-92% в зависимости от качества исходного топлива. Применяемая технология обеспечивает возможность работы котла на одной загрузке до 12 часов, более экономно расходует топливо по сравнению с классическими твердотопливными котлами и является более чистой и экологичной за счёт снижения количества твёрдых и газообразных отходов.

К недостаткам пиролизных котлов можно отнести их сравнительно высокую стоимость, повышенные требования к влажности органического топлива (не более 25-30%), необходимость полной загрузки для эффективной работы, обязательная установка трёхходового клапана для подмешивания горячей воды в обратную трубу (температура не должна опускаться ниже 65° С, чтобы не допустить образования конденсата) и предохранительного клапана для аварийного сброса излишка воды при закипании. Учитывая относительную сложность конструкции и потребность в дополнительном оборудовании, большинство таких котлов энергозависимы, что лишает их основного преимущества твердотопливных котлов – автономности.

Использование в качестве дополнительного оборудования бойлеров косвенного нагрева или теплоаккумулирующих баков позволяет сократить расход топлива до 20%, увеличить период между закладками, а также иметь постоянный запас воды для горячего водоснабжения.

Пеллетные котлы

Для работы таких котлов применяется специальный вид топлива – пеллеты. Пеллеты производятся в основном из отходов деревообрабатывающей промышленности методом прессования. Склеивание древесных частиц происходит без применения химических добавок: под воздействием температуры древесина выделяет лигнин, который и служит связующим веществом. При сгорании одной тонны пеллет выделяется 3500 кВт/ч тепловой энергии, что в полтора раза больше, чем в процессе сгорания аналогичного количества дров или древесной щепы. Влажность составляет всего 8-12%. Пеллеты представляют собой сыпучий гранулированный материал, что существенно облегчает процесс траспортировки и хранения и являются экологически чистым продуктом, не выделяя в процессе горения токсических веществ.

Конструктивной особенностью пеллетных котлов является обязательное наличие ёмкости (загрузочного бункера) для хранения и подачи пелет в камеру сгорания посредством шнекового механизма. При этом время непрерывной работы котла зависит исключительно от объёма бункера и составляет в среднем от 3-7 суток.

В зависимости от модели котла могут применяться различные способы сжигания пеллет. Ретортная горелка представляет собой стальную или чугунную чащу на поверхность которой снизу подаётся топливо. В зону горения осуществляется подача воздуха поддерживающего процесс горения и предотвращающего перегрев горелки. Могут использоваться как подвижные, так и неподвижные ретортные горелки. Подвижные (оборотные) позволяют эффективно сжигать топливо с большим содержанием золы, влаги и пыли.

КПД пеллетных котлов может составлять до 95% в зависимости от качества топлива и модели котла. Работа большинства котлов полностью автоматизирована и безопасна.

Пеллетные котлы являются энергозависимыми, так как для функционирования шнекового механизма, автоматического розжига и системы подачи воздуха необходимо наличие электроэнергии.

Расчёт мощности и основные принципы монтажа котлов на твёрдом топливе

При расчёте требуемой мощности котла нужно учитывать множество факторов – погодные условия для конкретной климатической зоны, степень утепления дома, герметичность стеклопакетов, тип применяемых радиаторов (стальные, алюминиевые, чугунные), наличие тёплого пола и многое другое. Очень приблизительный расчёт мощности можно сделать исходя из потребности 1 кВт на 10 м² при высоте потолков 3 метра, однако такие данные пригодны только для предварительного выбора модели котла, окончательный расчёт должен проводиться только специалистом.

Установка твердотопливного котла наиболее целесообразна в негазифицированных регионах и регионах где могут иметь место перебои с подачей электрической энергии. От того, насколько правильно смонтирован котёл и сделана его обвязка зависит эффективность и надёжность всей системы отопления в доме. Для оборудования топочной выделяется отдельное помещение, обязательно оборудованное системой приточно-вытяжной вентиляции. Монтаж котла производится на ровное бетонное или кирпичное основание на расстоянии не ближе 70 см от стен помещения. Преимущественно котёл используется в комплекте с теплоизолированным накопительным баком. Бак служит для защиты системы от перегрева, позволяет адаптировать различные источники тепла (котёл на твёрдом топливе, электрический котёл, газовый котёл или другие) в одну систему с системой отопления, оптимизирует работу котла, повышая его КПД и снижая расход топлива. Вода в таком баке может сохранять температуру в течение нескольких дней и применяется как для систем отопления, так и для бытовых нужд. Также могут применяться бойлеры косвенного нагрева, оборудованные как спиралевидными теплообменниками для использования тепловой энергии котла, так и электрическим тэном для нагрева воды в летнее время. Важным элементом обвязки котла является расширительный бак, предназначенный для компенсации излишков воды возникающих в процессе нагревания. Объём бака должен составлять не менее 1/10 общего объёма воды в системе.

На выходе из котла устанавливается группа безопасности, состоящая из манометра, автоматического воздухоотводчика (для предотвращения завоздушивания системы и возникновения воздушных пробок) и предохранительного клапана.
Особенностью твердотопливных котлов является невозможность контролировать подачу топлива, соответственно довольно высока вероятность перегрева. С целью предотвращения перегрева применяется охлаждающий теплообменник. Некоторые модели стальных котлов оснащены им изначально, в остальных случаях он устанавливается на выходе из котла перед системой отопления. При разогреве котла до 95° С срабатывает термостатический клапан и в теплообменник подаётся холодная вода из водопровода или специально предназначенной для этого ёмкости. После охлаждения котла и снижения температуры клапан закрывается.

Другим, более простым, способом борьбы с перегревом является применение сливного клапана. В случае превышения допустимого значения температуры горячая вода перенаправляется в канализацию, а в систему отопления подаётся холодная вода из водопровода.
При установке твердотопливного котла нужно учитывать его инерционность, затухание топлива и снижение температуры происходит постепенно. Учитывая, что за принудительную подачу теплоносителя отвечает циркуляционный насос, должна быть предусмотрена установка аккумуляторной батареи для его бесперебойной работы в случае отключения электрического снабжения. В противном случае неравномерный прогрев различных участков может вывести из строя всю систему отопления.

Эффективная и производительная работа котла во многом зависит от хорошей тяги и правильно рассчитанного и установленного дымохода. При выборе дымохода нужно обратить внимание на его высоту, диаметр, длину разгонного участка и качество утепления трубы. Высота и диаметр трубы рассчитываются исходя из мощности котла, при недостаточной высоте трубы дымовые газы будут плохо вытягиваться, а в худшем случае поступать в обратном направлении, в помещение. Обычно минимальная длина трубы указывается в инструкции к котлу, а диаметр соответствует выходному отверстию котла. Утепление трубы не позволяет дымовым газам остывать слишком быстро, при остывании тяга может ухудшиться. Для изготовления дымоходов применяется преимущественно труба из оцинкованной нержавеющей стали диаметром 120, 150 или 200 мм. Также производятся дымоходные трубы квадратного сечения. Такая труба слабо подвержена коррозии под воздействием атмосферных осадков и конденсата, удобна в сборке и установке, а также имеет привлекательный внешний вид что позволяет устанавливать её по фасаду дома. В нижней части дымохода оборудуется кран для слива конденсата и лючок для прочистки.

По желанию заказчика котлы могут дополнительно оборудоваться системами автоматической подачи топлива из загрузочного бункера. В этом случае может применяться только мелкоразмерное топливо.

Для подключения и обвязки котла могут применяться только металлические трубы (медные, стальные и другие), использование полипропиленовых, металлопластиковых и труб из сшитого полиэтилена недопустимо.

Принцип работы твердотопливных котлов пиролизных и длительного горения

Какого бы вида ни был твердотопливный котёл, все имеют высокий уровень коэффициента полезного действия, именно благодаря конструкции и принципу устройства. На этой страничке рассмотрим и попробуем разобраться как работают твердотопливные котлы. Основное отличие между обычными твердотопливными котлами и твердотопливными котлами длительного горения состоит в том, что во втором случае горение происходит намного дольше благодаря принципу сгорания. Итак рассмотрим принцип работы твердотопливных котлов и как работают котлы на твёрдом топливе, чтобы понимать как выбрать котёл.

Принцип работы котла длительного горения на твёрдом топливе.

Как правило, такие твердотопливные котлы работают по принципу “верхнего горения”. Как работает котёл длительного горения? До того, как кислород попадает непосредственно в топку, где происходит горение, он подогревается. Греется для того, чтобы в итоге уменьшить количество отходов горения: сажи, золы. Кислород подаётся не снизу вверх, а сверху вниз. Таким образом горит только верхний слой твёрдого топлива, уложенного в топке. Из-за того, что воздух заходит сверху, он не проникает вниз и там процесс горения невозможен. Горит только верхний слой топлива. Когда верхний слой сгорает, включается подача на нижний слой. Так постепенно по мере сгорания воздух подаётся всё ниже и ниже. Благодаря такому подходу всегда горит верхний слой топлива, и нетронутым остаётся тот, что снизу, пока до него не дойдёт очередь. Это позволяет очень экономно расходовать топливо, и контролировать процесс горения. Именно с такой технологией твёрдое топливо горит очень долго.

Такие котлы не только экономичны но и экологичны. Конечно, при условии использования огнестойких строительных материалов, которые не только обеспечат максимальный КПД котла, изолируя тепло, но и обезопасят от возможных возгораний.

Наглядно понять, как работает пиролизный котёл, можно из этого ролика:

 

Как работает пиролизный котёл. Устройство и принцип работы пиролизного котла.

Принцип работы пиролизного твердотопливного котла построен на процессе разложения твёрдого топлива на пиролизный газ и кокс. Достигается это с помощью недостаточной подачи воздуха. Из-за слабой подачи воздуха топливо медленно тлеет, но не горит, в результате образуется пиролизный газ. В результате газ соединяется с воздухом. происходит горение и выделяется тепло, которым греется теплоноситель. Благодаря такому процессу в дыму крайне мало вредных веществ, да и сажи и золы незначительно. Так что в случае с пиролизными котлами, так же можно говорить об экологичности.

Итак, рассмотрим подробнее принцип работы пиролизного котла.

• Что такое пиролиз? Пиролиз — процесс сжигания в условиях недостаточного количества кислорода. Результатом такого горения являются твёрдые продукты горения и газ: твёрдые отходы — это зола и смесь летучих углеводородов  плюс углекислоты.
• Принцип работы газогенератора(или пиролизного котла), заключается в том, что такой твердотопливный котёл разграничивает процесс теплотворения на два процесса. Первый, это обычный процесс горения твёрдого топлива, при ограничении подачи кислорода. При дефиците воздуха, твёрдое топливо очень медленно тлеет выделяя газ. Ограничивает подачу кислорода, котёл очень просто, механической заслонкой, которая в зависимости от количества воздуха в топке, либо открывается либо закрывается. При этом можно вручную «поддать жару», приоткрывая заслонку.
• Вторая часть процесса сгорания топлива, заключается в прогорании летучих отходов процесса горения в первой топке. Во второй топке прогорает так называемый пиролизный газ — результат горения твёрдого топлива в первой топке.
• Регулировка при этом, также как и в случае подачи воздуха в первую топку, происходит очень просто. Термостат контролирует процесс горения и изменяет работу котла ровно настолько, насколько необходимо для выработки необходимого количества тепла. По принципу работы он не особо отличается от термостата для водонагревателя.
• Эффективность пиролизных котлов. На сегодняшний день самые эффективные котлы — те, в которых горение происходит сверху вниз. Конечно, это накладывает определённые сложности, например, в таких котлах приходится делать принудительную тягу, ведь вторая камера дожига пиролизного газа находится под колосником. Если проще: топливо рассыпается в продукта отходов процесса горения — в золу. При этом образовывается газ, который также дожигается. В результате: максимальное выделения тепла, практически с безотходным процессом горения. Плюс, золу можно использовать как удобрение.

Принцип работы пиролизного котла устроен таким образом, что помимо максимально эффективного сгорания топлива, мы имеем и минимальные отходы процесса горения. Основной минус — это цена пиролизных котлов, но положительных моментов, на самом деле очень много:

• Минимум отходов и минимальная чистка топки, в сравнении с другими твердотопливными котлами.
• Долгое время автономной работы без дозагрузок, благодаря экономичной подаче воздуха.
• Автоматизация процесса горения. Котёл сам регулирует когда увеличивать горение и когда уменьшать.
• Твёрдое топливо больших размеров подходит для таких котлов, так как в любом случае дожигание топлива проходит практически полностью.

Автоматика и механика твердотопливных котлов.

Несмотря на все уровни контроля за процессами горения и безопасности эксплуатации в целом, твердотопливные котлы практически не содержат сложных автоматических устройств. Именно благодаря тому, что чаще всего температура регулируется механикой, в котлах практически нечему ломаться. Кроме того сама конструкция котлов является простой и надёжной. Потому и монтаж твердотопливного котла своими руками выполнить реально, но лучше обратиться к специалистам. Даже сделать котельную своими руками можно, но зачем лишние проблемы, если можно всё доверить профессионалам?