Твердопаливні котли – види, конструкція, принцип роботи, переваги та недоліки

— Конструкція

— Переваги і недоліки котлів на твердому паливі

— Класичні твердопаливні котли

— Котли тривалого горіння

— Піролізні котли

— Пелетні котли

Котли на твердому паливі виготовляються зі сталі або чавуну та застосовуються для забезпечення опалення, гарячого водопостачання житлових та промислових будівель. Принцип дії даного виду котлів заснований на виділенні теплової енергії в результаті згоряння таких видів твердого палива, як вугілля, торф, дрова, пелети, брикети, щепа тощо.

Твердопаливний котел являє собою модульну конструкцію, зібрану в одному корпусі.

1. Теплообмінник – є однією з найважливіших деталей котла, з його допомогою здійснюється передача теплової енергії розігрітого димового газу безпосередньо теплоносію. Швидкість проходження газу регулюється димососом. В середньому термін експлуатації теплообмінника складає близько 20 років. Для виготовлення може застосовуватися сталь або чавун. Сталевий теплообмінник обходиться дешевше, проте швидше зношується.Чавунний теплообмінник довговічніший, менше схильний до утворення корозії і вимагає підтримки температури теплоносія лише від 50С і вище але дорожчий.

2. Камера згоряння з дверцятами призначена для завантаження та спалювання палива.

3. Колосникові грати повинні мати високу теплокоррозійную стійкість, для виготовлення часто застосовується сплав заліза і графіту (сірий чавун). Решітка забезпечує доступ повітря для підтримки горіння, рівномірний розподіл палива, а також відсів незгорілих залишків в зольник.

4. Люк для прочищення верхніх ходів.

5. Регулятор температури може бути як механічним (регулятор тяги), так і автоматичним (мікропроцесорний контролер).

Для більш комфортної та безпечної експлуатації котла можуть застосовуватися додаткові пристрої: регулятор тяги, газовий пальник для розпалювання, термостатичний клапан для запобігання перегріву та інші.

Застосування твердопаливних котлів в системах опалення та гарячого водопостачання має ряд переваг:

1. Головною перевагою котлів на твердому паливі є можливість їх автономної роботи. Робота котла не залежить від наявності електрики, газу або інших зовнішніх джерел енергопостачання, що дозволяє експлуатувати його в віддалених районах, а також використовувати в якості дублюючого джерела тепла в разі відключення електроенергії або виникнення проблем з подачею газу.

2. Види твербого палива (дрова, вугілля, торф, пелети, брикети та інші) обходяться набагато дешевше використання газу, електроенергії або дизельного палива. Однак варто враховувати додаткові витрати на доставку, вантажно-розвантажувальні роботи та зберігання.

3. Максимальний ККД у стандартних котлів може досягати 85%.

4. Простий пристрій котла істотно підвищує його надійність та продовжує термін служби.

5. Більшість моделей котлів може працювати на різних видах палива.

6. Вартість твердопаливного котла нижче газового або електричного аналогічної потужності.

До недоліків твердопаливних котлів можна віднести потребу в окремому приміщенні для установки котла та зберігання запасів палива. Експлуатація більш трудомістка, тому що вимагає регулярного ручного завантаження палива, вичищення золи, сажі та подачі повітря в разі неавтоматичного керування.

Стандартні твердопаливні котли мають гранично просту конструкцію, що обумовлює досить низьку вартість та простоту експлуатації. Такі котли мають об’ємне топковий відділення і невибагливі до виду та якості палива. Повна енергонезалежність дозволяє застосовувати їх в умовах відсутнього або нестабільного електропостачання. Простота конструкції має і негативні сторони – порівняно низький ККД, необхідність частого завантаження палива, механічне регулювання температури теплоносія, чутливість до рівня вологості палива, досить часте очищення котла через накопичення золи та інші. 

Принцип дії котлів тривалого горіння спрямований на тривале та економне спалювання палива. Період роботи таких котлів на одному завантаженні становить до 5 діб при використанні вугілля і до 30 годин при використанні дров або брикетів. Для збільшення часу роботи та кількості тепла, що виділяється застосовується метод «верхнього» або «верхньо-нижнього» горіння. Відмінною особливістю таких котлів є великий обсяг камери згоряння, що дозволяє завантажити до 50 кг палива. За рахунок обмеженої подачі повітря відбувається не стільки згоряння, скільки тління палива. 

Ефективність роботи піролізних (газогенераторних) котлів досягається за рахунок роздільного спалювання твердого палива і виділення в процесі горючих газів в окремих камерах згоряння. Під впливом високої температури (200-800С) і при обмеженому доступі повітря в камеру згоряння відбувається розкладання палива на твердий залишок і піролізний газ (суміш азоту, водню, чадного газу та вуглеводнів). Горючий газ за допомогою вентилятора подається по керамічній форсунці в другу камеру, де відбувається підмішування кисню і спалювання газу.

В результаті відбувається додаткове підсушування органічного палива (переважно використовуються дрова або тріска), що сприяє більш повному згорянню і утворенню меншої кількості золи та сажі. ККД піролізних котлів може досягати 85-92% в залежності від якості вхідного палива. 

До недоліків піролізних котлів можна віднести їх порівняно високу вартість, підвищені вимоги до вологості органічного палива (не більше 25-30%), необхідність повного завантаження для ефективної роботи, обов’язкова установка триходового клапана для підмішування гарячої води в зворотний трубу (температура не повинна опускатися нижче 65С, щоб не допустити утворення конденсату) і запобіжного клапана для аварійного скидання надлишку води при закипанні. З огляду на відносну складність конструкції та потребу в додатковому обладнанні, більшість таких котлів енергозалежні, що позбавляє їх основної переваги твердопаливних котлів – автономності.

Використання в якості додаткового обладнання бойлерів непрямого нагріву або теплоаккумулюючих баків дозволяє скоротити витрату палива до 20%, збільшити період між закладками, а також мати постійний запас води для гарячого водопостачання.

Для роботи таких котлів застосовується спеціальний вид палива – пелети. Пелети виробляються в основному з відходів деревообробної та агропереробної (солома, лушпиння соняшника тощо) промисловості методом пресування. 

Конструктивною особливістю пелетних котлів є обов’язкова наявність ємності (завантажувального бункера) для зберігання і подачі пелет в камеру згоряння за допомогою шнекового механізму. При цьому час безперервної роботи котла залежить виключно від обсягу бункера і становить в середньому від 3-7 діб і більше.

Залежно від моделі котла можуть застосовуватися різні способи спалювання пелет. Ретортний пальник являє собою сталеву або чавунну систему пластин на поверхню якої знизу подається паливо. В зону горіння здійснюється подача повітря, що підтримує процес горіння та запобігає перегріву пальника. Можуть використовуватися як рухомі, так і нерухомі ретортні пальники. Рухливі (оборотні) дозволяють ефективно спалювати паливо з великим вмістом золи, вологи і пилу. Іншим різновидом пальників є факельні пальники дещо ішої конструкції.

ККД пелетних котлів може становити до 95% в залежності від якості палива і моделі котла. Робота більшості котлів повністю автоматизована та безпечна. Пелетні котли є енергозалежними, так як для функціонування шнекового механізму, автоматичного розпалу й системи подачі повітря необхідна наявність електроенергії.