Твердопаливні котли тривалого горіння: принцип роботи та особливості експлуатації

Зміст:

1. Що це таке

• Газогенератор (піролізний котел)
• Котел верхнього горіння

2. Типи котлів
3. Очманілі ручки
4. Монтаж
5. Висновок

Тема нашої статті – твердопаливні котли тривалого горіння: українського виробництва, російські та виготовлені за межами СНД. Ми розповімо про принцип роботи цих пристроїв, особливості їх підключення і самостійне виготовлення.

ЩО ЦЕ ТАКЕ

Як працюють класичні недорогі твердопаливні котли, уявити собі нескладно:

• В паливнику згорає пальне – дрова, вугілля, пелети, солома чи побутові відходи з невисокою вологістю;
• Продукти згоряння віддають теплову енергію теплообміннику складної форми, охолоджуючись при цьому до 100-120 градусів;
• Теплообмінник, у свою чергу, передає теплову енергію теплоносію – найчастіше звичайній воді.

Конструкція проста, зрозуміла і ... вкрай незручна у використанні. Будь-яке паливо, завантажене в розумній кількості, прогорає за 2-8 годин. Після цього потрібно видалити золу і завантажити топку заново.

Промислові котельні великої потужності вирішували цю проблему гранично просто: кочегар виконував всю роботу вручну. Дещо пізніше з'явилися автоматичні котельні на твердому паливі: вугілля довантажувалося з громіздкого бункера в міру згоряння.

Конструкція могла працювати без обслуговування цілодобово, а то й тижнями; однак володіла занадто великими габаритними розмірами, та й ціна мало підходила для власника невеликого приватного будинку.

Коли існує попит, рано чи пізно технічне рішення з'явиться, якщо воно не суперечить базовим фізичним законам. Закон ринку. В даному випадку були запропоновані два рішення, які використовують для продовження автономної роботи котла різні принципи і завоювали істотну частину ринку опалювальних пристроїв.

ГАЗОГЕНЕРАТОР (ПІРОЛІЗНИЙ КОТЕЛ)

Піроліз – це процес згоряння при нестачі кисню. У результаті утворюється твердий залишок – зола і горючий піролізний газ – суміш вуглекислоти і летючих вуглеводнів.

Газогенераторний котел розбиває процес згоряння на два етапи:
 

1. В одному з двох паливників тверде паливо повільно тліє в умовах бідної киснем атмосфери. Обмежити приплив повітря нескладно, регулюючи його простою механічною заслінкою; при необхідності можна різко збільшити продуктивність паливника за допомогою примусового наддуву.
2. У другій топці горять леткі продукти термічного розкладання палива. Як і будь-яке згоряння газоподібного палива, цей процес легко піддається регулюванню. Найпростіший термостат дозволяє пристрою виробляти рівно стільки тепла, скільки потрібно зараз.

Цікаво: в існуючих конструкціях горіння направлено зверху вниз. Камера, в якій допалюється піролізний газ, розташована під колосником. Зрозуміло, що при такому напрямку руху продуктів згоряння тягу волею-неволею доводиться робити примусовою.

Що ми отримуємо в результаті?

• Повне згоряння палива. На виході – найдрібніша зола, яка служить дуже непоганим добривом для хліборобів. Звідси практичний наслідок – перед нами дуже економічні агрегати, що вимагають до того ж досить рідкісної чистки зольника.
• Великий проміжок часу між закладками. Кращі зразки вимагають завантаження раз на добу.
• Автоматизацію регулювання температури теплоносія.
• Можливість спалювання великих дров, які в класичних котлах часто згорають не повністю.

Однак:

• Вартість пристрою помітно вища в порівнянні з класичними моделями. Так, молодша модель піролізної лінійки Буржуй К КО-12 при скромній тепловій потужності в 12 КВт продається з рекомендованою ціною в 39900 рублів.
• Пристрої енергозалежні. Про примусовий наддув вже говорилося.
• Котли вимагають закладки просушеного палива. Крім того, молодші моделі часто можуть працювати ТІЛЬКИ на дровах.

• При малих навантаженнях горіння робиться нестабільним і супроводжується сильним забрудненням димоходу продуктами згоряння.

КОТЕЛ ВЕРХНЬОГО ГОРІННЯ

Строго кажучи, саме це і є твердопаливні опалювальні котли тривалого горіння. Вони характеризуються найбільш тривалою роботою на одній закладці палива. Так, котел одного з провідних виробників, Stropuva, при сертифікації в 2003 році після закладки 50 кг палива автономно працював на потужності 5-6 кіловат протягом 31 години.

За рахунок чого досягається така автономність?

• Зольник і колосник відсутні як клас. Внизу – глухий піддон. У нижній частині обсягу палива горіння не просто небажано – неприпустимо.
• Топка має циліндричну форму. Повітря подається зверху по її центру і забезпечує горіння верхнього шару закладки.
• Розподільник повітря в топці рухливий: при закладці пального він піднімається; в процесі горіння спирається безпосередньо на пальне і опускається в міру його згоряння. Таким, чином, багате киснем повітря в будь-який момент часу подається безпосередньо до верхнього шару палива.
• В області, куди подається повітря, відбувається лише часткове окислення вуглеводнів. Продукти згоряння разом з частинками золи виносяться у верхню частину топки: їх відділяє від області первинного горіння масивний металевий диск.

За ним до вже знайомого нам піролізного газу підмішується атмосферне повітря; леткі продукти згоряння допалюються, віддаючи залишки тепла теплообміннику.

• На вході в камеру, де допалюються леткі компоненти палива, встановлено автоматичний регулятор тяги – нескладний пристрій, завдяки якому по тепловому розширенню корпусу опалювальний котел тривалого горіння визначає температуру теплоносія і підлаштовує швидкість закінчення пічних газів.

У ролі теплообмінника виступає весь корпус котла. Вода циркулює зверху вниз. 

Зверніть увагу: після того, як котел вийшов на робочий режим, паливо в невеликих кількостях можна довантажувати – наприклад, спалюючи побутові відходи

Переваги рішення очевидні:

1. Період роботи без дозакладки визначається тільки розміром паливника і теоретично нічим не обмежений.
2. Фактично, перед нами модифікація піролізного котла. Всі його переваги залишаються з нами, в тому числі високий ККД. Адже паливо згорає повністю, без залишку.
3. Пристрої вельми відмовостійкі. Складної автоматики в них немає.
4. З 2007 року в Литві розпочато виробництво універсальних котлів, здатних спалювати не тільки дерево і продукти його переробки, а й вугілля. Трохи пізніше підключилися й інші виробники, у тому числі вітчизняні.

Без недоліків, зрозуміло, теж не обійшлося:

• Пристрої чутливі до температури теплообмінника більшою мірою, ніж традиційні твердопаливні котли. Навіть незначне перевищення швидкості циркуляції означатиме випадання конденсату на теплообміннику і його прискорену корозію.

Однак: твердопаливні чавунні котли тривалого горіння бояться конденсату в куди меншій мірі, ніж сталеві. Чавун менш схильний до корозії.

• Як і піролізні котли з нижнім горінням палива, наші пристрої недешеві.
• Не завжди наддув справляється з попелом, що спікається. Його велика кількість викликає падіння тепловіддачі котла. У дров'яних котлах з природною циркуляцією повітря і зовсім доводиться постійно тримати кочергу поруч.
• Опорна балка і диск, що знаходяться прямо в полум'ї, який відтинає зону горіння твердого палива від області, де допалюються леткі компоненти, порівняно швидко згорають.
• Крупнофракційне паливо, в тому числі нерозколенні дрова, небажані: у цьому випадку важко забезпечити горіння палива ТІЛЬКИ зверху. Вологе паливо теж не підходить для цих котлів.

• Нарешті, розміри топки роблять важким її розпал при неповному завантаженні.

ТИПИ КОТЛІВ

Як і всі твердопаливні котли, пристрої, що що цікавлять нас, виконуються тільки в підлоговому виконанні: їх маса занадто велика для настінного монтажу.

І в іншому це самі звичайні котли на твердому паливі:

• Розкид потужності залежить, насамперед, від призначення котла. Горезвісні литовські (останнім часом виробляються і на території України) Stropuva починаються від 7кВт теплової потужності. Молодші моделі орієнтовані на невеликі приватні будинки.

Українські Бурани досягають 40 кіловат; серед котлів російського виробництва можна зустріти призначений для опалення великих приватних будинків КТ-2Е з тепловою потужність в 95 КВт.

Польські котли Логіка досягають і зовсім 200 кіловат теплової потужності, що відповідає потребам у теплі будинки з площею близько 2000 м2. Зрозуміло, що вони застосовуються куди частіше для обігріву теплиць, майстерень і різноманітних офісних приміщень.

Цікаво: під назвою Logica продаються і німецькі котли Будерус. Це не збіг: вони дійсно робляться поляками для німців і продаються під чужим брендом.

• Корпус і теплообмінник можуть бути сталевими і чавунними. У загальному випадку, як уже згадувалося, чавун довговічніше. Так, на чавунний теплообмінник котла Віадрус Лігнатор виробник дає п'ятирічну гарантію.

Зворотний бік застосування металу з обмеженою механічною міцністю – товщина стінок і супутня їй маса: молодша модель Лігнатора важить 369 кілограмів. Для порівняння – сталевий котел Дон КС-Т 16 РТ при більшій потужності важить всього 160 кг.

Сталь, зрозуміло, теж може бути різною: від низькосортної в найпростіших напівкустарних виробах, до жаростійкої котельної сталі в кращих зразках сталевих котлів, у тому числі вітчизняних. Крім того, часто застосовується захист паливника шамотною цеглою. Саме так робляться котли Прометей виробництва новосибірського заводу Сібенерго.

• Котел може забезпечувати будинок тільки опаленням або додатково постачати його гарячою водою. При цьому теплообмінник для нагріву води може бути проточним або використовувати накопичувальну ємність. У першому випадку, зрозуміло, опалювальні котли з водяним контуром тривалого горіння повинні володіти більшою ефективною тепловою потужністю.

ОЧМАНІЛІ РУЧКИ

Чи можна виготовити твердопаливний котел тривалого горіння своїми руками?

Якщо у вашому розпорядженні є зварювання – чому б і ні?

Матеріалом може послужити звичайна сталева бочка. Краще, однак, використовувати відрізок магістральної труби: товщина її стінок зробить ваш виріб куди більш довговічним.

Незважаючи на відсутність у фабричних виробів зольника, автор схеми настійно рекомендує зробити в нижній частині котла дверцята для видалення продуктів згоряння.

МОНТАЖ

Як встановлюються котли цього типу?

Їх можна ставити самостійно: це не газове обладнання, яке повинно монтуватися виключно представником газової служби.

Інструкція  установки визначається двома особливостями виробів:

• Зовнішні стінки можуть відчутно нагріватися навіть у виробів з водяною сорочкою навколо топки; про саморобні вироби з одинарними стінками і говорити нічого. Відповідно, котел встановлюється на відстані не менше 50 сантиметрів від найближчої стіни.

Якщо стіни виконані з горючого матеріалу – вони додатково захищаються цегляною кладкою або обшиваються листами оцинковки з азбестовою прокладкою. Між димоходом і дерев'яною стіною або перекриттям робиться просвіт не менше 25 сантиметрів; він заповнюється базальтовою ватою і знову-таки зашивається оцинковкою з прокладкою азбестового листа.

• Навіть порівняно малопотужні сталеві котли мають досить значну масу. Вона збільшиться ще як мінімум на половину центнера при закладці палива: не забудьте, ці котли тому й горять довго, що завантажуються великою його кількістю.

Очевидний наслідок – під котел потрібен власний фундамент. Ставити його на дерев'яне перекриття, м'яко кажучи, нерозумно. Типово фундамент представляє собою до півметра армованого бетону з щебенем або бутом.

ВИСНОВОК

Ще деяку кількість інформації про цей тип котлів ви можете почерпнути у відео в кінці статті.