Твердотопливные котлы длительного горения: принцип работы и особенности эксплуатации

Содержание:

1. Что это такое

• Газогенератор (пиролизный котел)
• Котел верхнего горения

2. Типы котлов
3. Очумелые ручки
4. Монтаж
5. Заключение

Тема нашей статьи – твердотопливные котлы длительного горения: украинского производства, российские и изготовленные за пределами СНГ. Мы расскажем о принципе работы этих устройств, особенностях их подключения и самостоятельном изготовлении.

ЧТО ЭТО ТАКОЕ

Как работают классические недорогие твердотопливные котлы, представить себе несложно:

• В топливнике сгорает горючее – дрова, уголь, пеллеты, солома или бытовые отходы с невысокой влажностью;
• Продукты сгорания отдают тепловую энергию теплообменнику сложной формы, охлаждаясь при этом до 100-120 градусов;
• Теплообменник, в свою очередь, передает тепловую энергию теплоносителю – чаще всего обычной воде.

Конструкция проста, понятна и… крайне неудобна в использовании. Любое топливо, загруженное в разумном количестве, прогорает за 2-8 часов. После этого нужно удалить золу и загрузить топку заново.

Промышленные котельные большой мощности решали эту проблему предельно просто: кочегар выполнял всю работу вручную. Несколько позже появились автоматические котельные на твердом топливе: уголь подгружался из громоздкого бункера по мере сгорания.

Конструкция могла работать без обслуживания сутками, а то и неделями; однако обладала слишком большими габаритными размерами, да и цена мало подходила для владельца небольшого частного дома.

Когда существует спрос, рано или поздно техническое решение появится, если оно не противоречит базовым физическим законам. Закон рынка. В данном случае были предложены два решения, использующие для продления автономной работы котла разные принципы и завоевавшие существенную часть рынка отопительных устройств.

ГАЗОГЕНЕРАТОР (ПИРОЛИЗНЫЙ КОТЕЛ)

Пиролиз – это процесс сгорания при недостатке кислорода. В результате образуется твердый остаток – зола и горючий пиролизный газ – смесь углекислоты и летучих углеводородов.

Газогенераторный котел разбивает процесс сгорания на два этапа:

1. В одном из двух топливников твердое топливо медленно тлеет в условиях бедной кислородом атмосферы. Ограничить приток воздуха несложно, регулируя его простой механической заслонкой; при необходимости можно резко увеличить производительность топливника с помощью принудительного наддува.
2. Во второй топке горят летучие продукты термического разложения топлива. Как и любое сгорание газообразного топлива, этот процесс легко поддается регулировке. Простейший термостат позволяет устройству вырабатывать ровно столько тепла, сколько нужно в настоящий момент.

Любопытно: в существующих конструкциях горение направлено сверху вниз. Камера, в которой дожигается пиролизный газ, расположена под колосником. Понятно, что при таком направлении движения продуктов сгорания тягу волей-неволей приходится делать принудительной.

Что мы получаем в результате?

• Полное сгорание топлива. На выходе – мельчайшая зола, которая служит очень неплохим удобрением для земледельцев. Отсюда практическое следствие – перед нами очень экономичные агрегаты, требующие к тому же довольно редкой чистки зольника.
• Большой промежуток времени между закладками. Лучшие образцы требуют загрузки раз в сутки.
• Автоматизацию регулировки температуры теплоносителя.
  
• Возможность сжигания крупных дров, которые в классических котлах часто сгорают не полностью.

Однако:

• Стоимость устройства заметно выше по сравнению с классическими моделями. Так, младшая модель пиролизной линейки Буржуй К КО-12 при скромной тепловой мощности в 12 КВт продается с рекомендованной ценой в 39 900 рублей.
• Устройства энергозависимы. Про принудительный наддув уже говорилось.
• Котлы требуют закладки просушенного топлива. Кроме того, младшие модели часто могут работать ТОЛЬКО на дровах.

• При малых нагрузках горение делается нестабильным и сопровождается сильным загрязнением дымохода продуктами сгорания.

КОТЕЛ ВЕРХНЕГО ГОРЕНИЯ

Строго говоря, именно это и есть твердотопливные отопительные котлы длительного горения. Они характеризуются наиболее длительной работой на одной закладке топлива. Так, котел одного из ведущих производителей, Stropuva, при сертификации в 2003 году после закладки 50 кг топлива автономно работал на мощности 5-6 киловатт в течение 31 часа.

За счет чего достигается такая автономность?

• Зольник и колосник отсутствуют как класс. Внизу – глухой поддон. В нижней части объема топлива горение не просто нежелательно – недопустимо.
• Топка имеет цилиндрическую форму. Воздух подается сверху по ее центру и обеспечивает горение верхнего слоя закладки.
• Распределитель воздуха в топке подвижен: при закладке горючего он поднимается; в процессе горения опирается непосредственно на горючее и опускается по мере его сгорания. Таким, образом, богатый кислородом воздух в любой момент времени подается непосредственно к верхнему слою топлива.
• В области, куда подается воздух, происходит лишь частичное окисление углеводородов. Продукты сгорания вместе с частицами золы выносятся в верхнюю часть топки: их отделяет от области первичного горения массивный металлический диск.

За ним к уже знакомому нам пиролизному газу подмешивается атмосферный воздух; летучие продукты сгорания дожигаются, отдавая остатки тепла теплообменнику.

• На входе в камеру, где дожигаются летучие компоненты топлива, установлен автоматический регулятор тяги – несложное устройство, благодаря которому по тепловому расширению корпуса отопительный котел длительного горения определяет температуру теплоносителя и подстраивает скорость истечения печных газов.

В роли теплообменника выступает весь корпус котла. Вода циркулирует сверху вниз.

Обратите внимание: после того, как котел вышел на рабочий режим, топливо в небольших количествах можно догружать – к примеру, сжигая бытовые отходы.

Достоинства решения очевидны:

1. Период работы без дозакладки определяется только размером топливника и теоретически ничем не ограничен.
2. Фактически, перед нами модификация пиролизного котла. Все его достоинства остаются с нами, в том числе высокий КПД. Топливо ведь сгорает полностью, без остатка.
3. Устройства весьма отказоустойчивы. Сложной автоматики в них нет.
4. С 2007 года в Литве начато производство универсальных котлов, способных сжигать не только дерево и продукты его переработки, но и уголь. Чуть позже подключились и другие производители, в том числе российские.

Без недостатков, разумеется, тоже не обошлось:

• Устройства чувствительны к температуре теплообменника в большей степени, чем традиционные твердотопливные котлы. Даже незначительное превышение скорости циркуляции будет означать выпадение конденсата на теплообменнике и его ускоренную коррозию.

Однако: твердотопливные чугунные котлы длительного горения боятся конденсата в куда меньшей степени, чем стальные. Чугун менее подвержен коррозии.

• Как и пиролизные котлы с нижним горением топлива, наши устройства недешевы.
• Не всегда наддув справляется со спекающимся пеплом. Его обилие вызывает падение теплоотдачи котла. В дровяных котлах с естественной циркуляцией воздуха и вовсе приходится постоянно держать кочергу рядом.
• Находящиеся прямо в пламени опорная балка и диск, отсекающий зону горения твердого топлива от области, где дожигаются летучие компоненты, сравнительно быстро сгорают.
• Крупнофракционное топливо, в том числе неколотые дрова, нежелательно: в этом случае трудно обеспечить горение топлива ТОЛЬКО сверху. Влажное топливо тоже не подходит для этих котлов.

• Наконец, размеры топки делают трудным ее розжиг при неполной загрузке.

ТИПЫ КОТЛОВ

Как и все твердотопливные котлы, интересующие нас устройства выполняются только в напольном исполнении: их масса слишком велика для настенного монтажа.

И в остальном это самые обыкновенные котлы на твердом топливе:

• Разброс мощности зависит, прежде всего, от назначения котла. Пресловутые литовские (последнее время производящиеся и на территории Украины) Stropuva начинаются от 7КВт тепловой мощности. Младшие модели ориентированы на небольшие частные дома.

Украинские Бураны достигают 40 киловатт; среди котлов российского производства можно встретить предназначенный для отопления больших частных домов КТ-2Е с тепловой мощность в 95 КВт.

Польские котлы Логика достигают и вовсе 200 киловатт тепловой мощности, что соответствует потребностям в тепле дома с площадью около 2000 м2. Понятно, что они применяются куда чаще для обогрева теплиц, мастерских и разнообразных офисных помещений.

Любопытно: под названием Logica продаются и немецкие котлы Будерус. Это не совпадение: они действительно делаются поляками для немцев и продаются под чужим брендом.

• Корпус и теплообменник могут быть стальными и чугунными. В общем случае, как уже упоминалось, чугун долговечнее. Так, на чугунный теплообменник котла Виадрус Лигнатор производитель дает пятилетнюю гарантию.

Оборотная сторона применения металла с ограниченной механической прочностью – толщина стенок и сопутствующая ей масса: младшая модель Лигнатора весит 369 килограммов. Для сравнения – стальной котел Дон КС-Т 16 РТ при большей мощности весит всего 160 кг.

Сталь, разумеется, тоже может быть разной: от низкосортной в простейших полукустарных поделках, до жаростойкой котловой стали в лучших образцах стальных котлов, в том числе отечественных. Кроме того, часто применяется защита топливника шамотным кирпичом. Именно так делаются котлы Прометей производства новосибирского завода Сибэнерго.

• Котел может обеспечивать дом только отоплением или дополнительно снабжать его горячей водой. При этом теплообменник для нагрева воды может быть проточным или использовать накопительную емкость. В первом случае, разумеется, отопительные котлы с водяным контуром длительного горения должны обладать большей эффективной тепловой мощностью.

ОЧУМЕЛЫЕ РУЧКИ

Можно ли изготовить твердотопливный котел длительного горения своими руками?

Если в вашем распоряжении есть сварка – почему бы и нет?

Материалом может послужить обычная стальная бочка. Лучше, однако, использовать отрезок магистральной трубы: толщина ее стенок сделает ваше изделие куда более долговечным.

Несмотря на отсутствие у фабричных изделий зольника, автор схемы настоятельно рекомендует сделать в нижней части котла дверку для удаления продуктов сгорания.

МОНТАЖ

Как устанавливаются котлы этого типа?

Их можно ставить самостоятельно: это не газовое оборудование, которое должно монтироваться исключительно представителем газовой службы.

Инструкция по установке определяется двумя особенностями изделий:

• Наружные стенки могут ощутимо нагреваться даже у изделий с водяной рубашкой вокруг топки; о самодельных изделиях с одинарными стенками и говорить нечего. Соответственно, котел устанавливается на расстоянии не менее 50 сантиметров от ближайшей стены.

Если стены выполнены из горючего материала – они дополнительно защищаются кирпичной кладкой или обшиваются листами оцинковки с асбестовой прокладкой. Между дымоходом и деревянной стеной или перекрытием делается просвет не меньше 25 сантиметров; он заполняется базальтовой ватой и опять-таки зашивается оцинковкой с прокладкой асбестового листа.

• Даже сравнительно маломощные стальные котлы имеют весьма значительную массу. Она увеличится еще как минимум на половину центнера при закладке топлива: не забудьте, эти котлы потому и горят долго, что загружаются большим его количеством.

Очевидное следствие – под котел нужен собственный фундамент. Ставить его на деревянное перекрытие, мягко говоря, неразумно. Типично фундамент представляет собой до полуметра армированного бетона с щебнем или бутом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Еще некоторое количество информации об этом типе котлов вы можете почерпнуть в видео в конце статьи.