1. Классификация котлов
- Материал
- Топливо
- Эффективность
- Автономность
- Автоматизация
- Эксплуатационные расходы
- Удобство использования
4. Заключение
В этой статье мы познакомим читателя с миром современных отопительных установок на твердом топливе. Какими бывают твердотопливные водяные котлы?
Оправдано ли применение именно этого вида топлива экономически? Есть ли у него серьезные недостатки? На все эти вопросы мы постараемся ответить.
Каноническая схема устройства, включающая варочную плиту. Как мы увидим позже – далеко не лучшая конструкция.
КЛАССИФИКАЦИЯ КОТЛОВ
Понятно, что все котлы на твердом топливе для водяного отопления характеризуются рядом общих черт. По определению они используют тепло сгорания древесины (как вариант – продуктов его переработки), торфа или угля. Кроме того, температура теплоносителя на выходе из котла не превышает 100 градусов.
По каким признакам эти устройства различаются между собой?
МАТЕРИАЛ
Речь идет о материале, как самого котла, так и его теплообменника – узла, при посредстве которого теплоноситель контактирует с топливником.
Возможны два основных варианта:
- Стальные котлы в среднем несколько дешевле и имеют куда меньшую массу. Однако характеризуются и меньшим сроком службы. Сталь – металл, боящийся коррозии; пламя и весьма агрессивный конденсат стремительно разрушают его.
- Чугун – материал, в куда меньшей степени боящийся коррозии. Именно поэтому он применяется для изготовления колосников и дверок в печах; именно поэтому чугунные котлы в среднем куда долговечнее стальных.
Чугун долговечен, но благодаря большой толщине делает устройство очень массивным
ТОПЛИВО
Наиболее универсальны водяные твердотопливные котлы, способные работать на нескольких видах топлива. Без какой – либо адаптации можно, вычистив зольник, закинуть в топку уголь после дров или торфяные брикеты после пеллет.
Однако ориентированные только на один тип топлива устройства, как правило, обладают более высоким КПД. Их конструкция оптимизирована для горения с вполне определенной температурой пламени и влажностью горючего.
Помимо однотопочных, производятся котлы с двумя раздельными топливниками и двумя теплообменниками. Они позволяют сжигать разные типы топлива, которые требуют разного конструктивного исполнения зона горения. В самом деле, горелка для соляры быстро придет в негодность, если будет находиться среди горящих дров.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
КПД у разных типов котлов очень сильно различается. Определяющие этот параметр факторы – температура продуктов сгорания на выходе и количество твердых отходов. В обоих случаях меньше – значит лучше.
Минимальный КПД, часто не достигающий даже 50%, у простейших сделанных своими руками устройств. Да, коробка из стального листа с двумя дверками и змеевиком внутри обойдется совсем недорого; однако для получения необходимого вам количества тепла дров придется сжечь ОЧЕНЬ много.
Фабричное производство твердотопливных котлов опирается на точный расчет их формы и размеров теплообменника. Даже у младших моделей температура продуктов сгорания обычно не превышает 120 градусов. Помимо того, что большее количество тепла отдается теплоносителю, это означает еще и большую пожарную безопасность.
Особняком стоят так называемые пиролизные, или газогенераторные котлы. Как они работают?
- В устройстве присутствуют две топки с теплообменниками в каждой из них. Они сообщаются между собой и размещены одна над другой.
- В верхней топке в условиях недостатка кислорода и высокой температуры дрова медленно тлеют, постепенно распадаясь в золу. Крупных углей при штатной работе котла не остается.
- Этот газ принудительно подается в нижнюю топку, где сгорает уже полностью после того, как к нему подмешивается богатый кислородом воздух.
Так устроен пиролизный котел
Газогенераторные твердотопливные водогрейные котлы имеют очень высокий КПД, достигающий у лучших устройств 95 процентов. Однако они в 1,5-2 раза дороже традиционных конструкций и требуют использования топлива с низкой влажностью. Кроме того, младшие модели работают ТОЛЬКО на дровах.
АВТОНОМНОСТЬ
Устройства традиционной конструкции требуют постоянного присутствия человека – топку нужно загружать каждые 2-4 часа. Профессия кочегара родилась не на пустом месте. Именно это свойство является основным недостатком твердого топлива; отчасти поэтому если доступен магистральный газ – редкий владелец коттеджа задумается о дровах или угле.
Пиролизный котел, однако, в силу принципа своей работы заставляет топливо не сгорать, а тлеть. На одной загрузке котел может работать до 12 часов.
Сравнительно недавно литовская компания Stropuva наладила поточное производство так называемых котлов верхнего горения. Они обеспечивают отоплению еще большую автономность: на сертификации в 2003 году серийная модель после загрузки 50 килограммов топлива отдавала около 6 КВт тепловой мощности около полутора суток.
За счет чего достигается столь длительное время работы?
- Объем топки увеличен и вмещает несколько десятков, а то и сотен килограммов топлива.
- Колосник и зольник отсутствуют.
- Горит только верхний слой загруженного топлива. Воздух для поддержания горения (точнее, тления) подается сверху через подвижный узел, который под собственной тяжестью опускается по мере прогорания дров или угля.
- Пепел уносится с дымом.
- Область тления топлива отделяется от верхней части камеры массивным металлическим диском (жаргонное название – стаскоблин). Над ним к продуктам неполного сгорания топлива подмешивается воздух извне, и они сгорают с выделением остаточного тепла.
Особняком стоят котлы, работающие на пеллетах – прессованных гранулах из опилок. В них проблема автономности решается регулируемой подачей гранул из бункера.
На фото – котел с бункером для пеллет
Однако: помимо дороговизны, у этих устройств есть еще одна проблема. Производство пеллет в нашей стране не налажено; не везде можно обеспечить себя этим видом топлива.
АВТОМАТИЗАЦИЯ
В классических котлах вся автоматика ограничивается простейшей защитой от перегрева теплоносителя. Механический термостат с помощью рычага тянет за цепочку, прикрывающую заслонку. Скорость поступления воздуха уменьшается; теплоотдача котла снижается.
Простейший способ автоматизировать контроль над температурой теплоносителя
В пиролизных отопителях возможностей куда больше:
- Заслонки с механическим или электрическим управлением и здесь позволяют регулировать тягу;
- Наряду с этим в устройствах с принудительной тягой их тепловой мощностью можно управлять, регулируя обороты вентилятора-дымососа.
Полезно: недорогие отопительные котлы на твердом топливе российского производства, как правило, управляются примитивным механическим термостатом или вообще только вручную. Не стоит искать среди младших моделей устройства, которые смогут самостоятельно поддерживать комфортную температуру. Однако именно благодаря простоте конструкции они исключительно отказоустойчивы.
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ
При текущих российских ценах покупные дрова на втором месте по дешевизне после магистрального газа. Разница между ними невелика – единицы проценто. Понятно, что речь идет о стоимости выработки одного киловатт-часа тепловой энергии.
Уголь дороже, но ненамного.
В пользу дров говорит еще несколько факторов:
- Магистральный газ есть не везде, а отопление сжиженным обходится в несколько раз дороже и по расходам приближается к электрическому отоплению.
- Дрова можно заготавливать самостоятельно, что уменьшит расходы и вовсе до нуля.
- Твердотопливное отопление позволит с пользой утилизировать большую часть бытового мусора. Остальное в условиях загородного дома пойдет в компост и послужит удобрению почвы.
А вот в этой области – одни минусы.
- Продукты сгорания нужно отводить. Причем коаксиальным отводом – воздухозаборником, как в газовых котлах с закрытой горелкой, утилизацию печных газов реализовать не получится. Нужен полноценный дымоход.
- Котлы на твердом топливе существуют только в напольном исполнении. Они массивны и имеют большие размеры. В большинстве случаев им лучше отвести отдельное помещение.
- Топливо нужно хранить неподалеку от котла, причем под навесом. Сравните это требование с удобством подключения к газу или электричеству.
- Закладка топлива и удаление продуктов сгорания требуются часто. Даже в котлах длительного горения, где зольника нет в принципе, вам между закладками топлива все же придется вычищать поддон. Помимо довольно грязной работы, это означает еще одну вещь: уехать на несколько дней и оставить дом теплым не получится.
Все устройства обсуждаемого нами типа могут монтироваться самостоятельно. Никакой учет и контроль коммунальных служб не требуется.
Однако пару правил нужно соблюдать.
- Массивные котлы монтируются, как уже говорилось, исключительно на собственный фундамент. Ставить 300-500 килограммов чугуна на деревянный пол точно не стоит.
- Вторая инструкция связана с пожарной безопасностью. Корпус котла и дымоход при сгорании топлива заметно нагреваются. Рекомендуется ставить котел на расстоянии не меньше полуметра от ближайшей стены.
Дымоход отделяется от горючих конструкций перекрытия или стен расстоянием не меньше 25 сантиметров.
Так дымоход выводится через деревянную стену
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Много интересного о том, какими бывают твердотопливные котлы – российского производства и импортируемые из-за границы – расскажет видео в конце статьи. Надеемся, что вы найдете там ответы на те вопросы, которые могли у вас остаться.
То, что современные твердотопливные котлы становятся снова популярными, начинают понимать и производители, и продавцы. Продажи на них выросли за последнее время, а все из-за того, что производители произвели достаточно серьезные изменения в их конструкциях. И это позволило увеличить коэффициент полезного действия, плюс снизить потребление топлива. Эти агрегаты по своим техническим характеристикам приблизились вплотную к газовым и электрическим котлам. Мы не будем в этой статье рассматривать технологические особенности этих агрегатов, мы хотим разобрать тему – виды котлов на твердом топливе.
Но опять-таки повторяем, нас не будут интересовать некоторые конструктивные элементы типа: одно- или двухконтурность, тип камеры сгорания и так далее.
Классификация твердотопливных котлов
Основной тип разделения всех твердотопливных котлов, которые сегодня выпускает отечественная и зарубежная промышленность, это:
- Промышленные котлы на твердом топливе.
- Бытовые твердотопливные котлы.
Понятно, для чего каждый вид используется и в какой области. Единственное отметим, что первый вид – это агрегаты с огромной мощностью, вторые маломощные отопительные приборы. Так как наш сайт посвящен автономному типу отопления, и в нем мы обычно разбираем отопление для жилых и административных зданий, то соответственно нас в первую очередь будет интересовать вторая категории.
Котел с чугунной топкой
Разновидности
По каким критериям лучше всего разделить твердотопливные котлы? Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо обратить свое внимание на тот факт, что при сгорании твердого типа топлива выделяется достаточно большая тепловая энергия. Поэтому этот тип отопительных агрегатов должен обладать высокими прочностными характеристиками, особенно противодействию высоким температурам и открытому огню.
Хотелось бы обратить ваше внимание на вот какую конструктивную особенность твердотопливного котла. Но начнем с газового агрегата. В нем, а, точнее сказать в топке, расположен трубчатый теплообменник, по которому перемещается теплоноситель. Сгорая, газ нагревает его. В твердотопливных котлах этот элемент, как отдельная часть, отсутствует. Камера сгорания здесь устроена по типу водяной рубашки: топка имеет двойные стенки, между которыми и движется теплоноситель. Топливо сгорает и нагревает внутренние стенки, через которые теплоносителю и передается тепловая энергия.
Почему мы сделали акцент на камеру сгорания котла? Все дело в том, что ее можно изготовить из двух видов металла: чугуна или стали. Насколько это существенное отличие? Давайте разберемся.
Устройство твердотопливного котла
- Сам по себе чугун является металлом прочным, но он боится ударных нагрузок.
- Он медленно нагревается, но и медленно остывает.
- Обладает высокой коррозионной стойкостью.
- У него огромный срок эксплуатации. Чугунные котлы советского производства до сих пор работают.
- Сама камера сгорания, а соответственно и теплообменник – это разборная секционная конструкция. При выходе из строя одной секции ее легко можно заменить новой.
А вот недостаток у чугунных твердотопливных котлов один – он не переносит резких перепадов температур. Материал просто начинает тут же на глазах трескаться. И если вы произвели правильную обвязку отопительного агрегата, то бояться вам нечего.
Котел со стальной топкой
Чем отличается стальной прибор от чугунного?
- Во-первых, он обладает небольшим весом.
- Во-вторых, более низкой ценой.
- В-третьих, меньшим количеством технологических ограничений.
- В-четвертых, более высоким коэффициентом полезного действия.
Зато срок службы у стальных твердотопливных котлов ниже, просто сталь активно взаимодействует с влажностью, поэтому быстрее коррозирует.
И еще несколько сравнительных позиций:
- Чугунный агрегат можно перевозить в разобранном виде.
- Он более долговечен и огнеустойчив.
Поэтому, когда встает задача выбора между стальным и чугунным агрегатом, многие потребители выбирают второй вариант.
Функциональность
В этом разделе хотелось бы остановиться на некоторых видах, с помощью которых можно увеличить количество используемых функций. Сразу приведем пример – это котел-плита на твердом топливе. Что это такое? Это, по сути, все тот же отопительный агрегат, завязанный к отопительной водяной системе здания, только в его конструкции присутствует варочная поверхность.
Эти модели в основном используются в небольших домах и коттеджах. Дачники от них просто в восторге, ведь одним приобретением котла вы решаете сразу две проблемы: отопление и организация кухни. Кстати, на фотографии ниже отлично видны и варочная поверхность, и патрубок сбоку для подключения к системе водяного отопления.
Котел с варочной поверхностью
Твердотопливные котлы с варочной поверхностью сегодня являются очень востребованным видом.
Эффективность
Переходим к очень важному разделу, в котором будем разбирать модели по эффективности работы. В чем суть этого термина? Всем известно, что твердое топливо сгорает достаточно быстро, исключение составляет антрацит. Но так как этот уголь свободно доступен не во всех регионах страны, поэтому чаще всего дома отапливают дровами или брикетами разного вида. Так вот, при сжигании тех же дров выделяется большое количество тепла, часть которого просто вылетает в дымоход.
Поэтому перед производителями всегда стояла задача – найти такие способы, с помощью которых можно было бы повысить КПД агрегата. И такие способы нашлись. Так на свет появились бытовые твердотопливные котлы длительного горения. Что это такое?
Схема пиролизного горения
В этих агрегатах используется пиролизный метод сжигания топлива. То есть, при горении, к примеру, дров при низкой подаче кислорода выделяется так называемый пиролизный газ, который прекрасно горит, выделяя тепло. Поэтому этот тип котлов в своей конструкции имеет две камеры сгорания: в одной горят дрова, в другой выделенный ими газ. Тепло получается сразу в двух топках, что увеличивает количество тепловой энергии. Но так как мы говорили о КПД агрегата, то необходимо сказать, что он в этом случае резко повышается от 65% до 90%. А это серьезная заявка в категорию экономичных котлов отопления.
Но есть в этой классификации два подвида:
- Твердотопливные котлы верхнего горения.
- Нижнего горения.
В чем разница? Все дело в зоне горения. В первом варианте топливо горит сверху по принципу обычного костра. Не забываем, что горение происходит при небольшой подаче кислорода, поэтому дрова, в принципе, не горят, а тлеют. Чувствуете разницу? Именно так работают котлы марки «Стропува». Кстати, вот этот котел на фотографии снизу.
Котел модели «Стропува»
Второй вариант – это практически тот же агрегат, только топливо тлеет на решетке. Имеет ли это большое значение? Если смотреть чисто с технологической стороны, то разницы нет никакой. В любом случае, теплоноситель в рубашке будет нагреваться, как положено. Здесь два других критерия:
- Поджигать снизу закладку удобнее, для этого предусмотрена дверца со стороны зольника.
- При нижнем горении сама зона горения статична. Она расположена на решетке, поэтому стенки топки должны быть изготовлены из металла большей толщины. При верхнем горении зона перемещается по высоте котла по мере сгорания топлива, поэтому жестких требований к толщине металла не предъявляются.
Кстати, вы обратили внимание на конструкцию и форму котла «Стропува»? Это своеобразная вертикально установленная труба по типу шахты. Поэтому часто этот вид называют шахтными твердотопливными котлами. Самое удивительное, что эти агрегаты могут работать практически на любых видах природных горючих материалов. И не только на природных. К примеру, в шахту можно загрузить опавшие осенью листья, лузгу от семечек, щепки, измельченные початки и так далее.
Внимание! Самое главное – это плотно утрамбовать топливо, чтобы между частицами практически не оставалось зазоров. Именно зазоры создают полоски, куда может проникнуть кислород. В таком состоянии топливо будет активно гореть, а нам надо, чтобы оно просто тлело.
Длительность горения одной закладки
Основные преимущества котлов длительного горения
- Отличная производительность и высокая тепловая отдача.
- Достаточно широкая модельная линейка. В настоящее время на рынке можно приобрести самодельные котлы. Это, по сути, тот же «Стропува», только российские умельцы дали ему свое название «Бубафоня» и внесли некоторые конструктивные изменения.
- Прекрасный внешний вид, который позволяет провести установку в дизайн любого помещения.
- Простота в обслуживании и настройки теплотехнических параметров.
- Большое количество моделей автоматизировано.
- Дешевизна используемого топлива.
Как видите, у стальных и чугунных твердотопливных котлов длительного горения большое количество достоинств. И если к вашему дому газовая магистраль не подведена, то не стоит приобретать электрические котлы. Отопительные агрегаты на твердом топливе прекрасно работают в автономном режиме. Так что на сегодняшний день это оптимальное решение проблемы отопления загородного дома.
Твердотопливный котел
Рассмотрим разновидности твердотопливных котлов. В наше время все чаще звучит понятие о дефиците энергоносителей, о том что нужно постепенно переходить на такие источники энергии, как солнечную, ветряную, на энергию бытовых отходов и т. д. Конечно, в крупных городах и окружных центрах использование газа, как основного энергоносителя будет существовать еще длительный период.
Однако, немалая часть населения проживает в пригородных зонах и в сельской местности где альтернативой газу уже сейчас с успехом используется твердое топливо в виде дров, угля и всевозможных брикетов. Вместе с этим все больший спрос в наши дни растет на твердотопливные котлы для дома в которых сжигается вышеперечисленное топливо.
В зависимости от своего предназначения, объемов и других особенностей твердотопливные котлы, если не учитывать различных их модификаций, бываю трех видов:
Кроме того, эти виды объединяют в группы:
а) котлы с автоматической подачей топлива – пеллетные котлы;
б) котлы с ручной загрузкой топлива – чугунные, пиролизные и котлы длительного горения.
Пеллетные котлы
Пеллетный котел ФБРЖ, выпускаемый в России
Свое название этот тип котлов получил от слова пеллеты, что означает специальные топливные гранулы, которые изготовляются из отходов деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Пеллеты являются экологически чистым материалом, выделяющие большое количество тепла при сжигании.
Нельзя не упомянуть тот факт, что применение этого вида топлива обходится хозяевам домов и коттеджей значительно дешевле чем использование газа, угля, электричества и жидких видов топлива в виде соляры.
Пеллеты
Конструктивно пеллетные котлы выполнены в виде бункера в который засыпаются пеллеты с последующей их автоматической подачей в камеру сгорания котла, что дает возможность по нескольку дней даже не подходить к котлу. Также в автоматическом режиме происходит процесс розжига и удаление золы. Задача хозяина в обслуживании пеллетных котлов заключается в том чтобы периодически засыпать гранулы в бункер и контролировать удаление золы.
Что касается ценовой политики, то пеллетные котлы можно приобрести, допустим в Москве, по цене от 130 тыс. руб. до 220 тыс. руб. Вполне понятно, что стоимость зависит от мощности котла и его функциональных возможностей.
Чугунные твердотопливные котлы
Чугунные твердотопливные котлы изготавливаются методом литья из высокопрочного материала
Разглядывая этот тип котла, невольно возвращаешься в 70-е годы прошлого столетия, когда отопление жилья частного сектора (коттеджей тогда еще не было) осуществлялось с помощью легендарного котла КЧМ – 1, который массово изготовлялся в г. Киров Калужской области. Котел мог с успехом работать на угле, дровах и других видах топлива.
Впоследствии внутренняя начинка котла в виде колосников удалялась, и заменялась газовой арматурой. И как результат котел, работающий на твердом топливе, превращался в газовый котел, правда, с очень низким к.п. д. В таком виде КЧМ – 1 еще можно встретить сейчас, и довольно часто, в поселках городского типа и селах.
Современные твердотопливные котлы отличаются от аналогов прошлых лет возможностью автоматического поддержания заданной температуры, способностью работать на различных видах твердого топлива: угле, торфе, дровах и брикетах. С применением в конструкции котлов принудительного вентилятора циркуляции теплоносителя (воды в системе) КПД котлов колеблется от 75 до 80 %. Так же как и недалекие (по времени) их типы твердотопливных котлов современные легко переоборудуются под газовые и, кроме того, еще и под котлы, работающие на жидком топливе.
Цена, как и в случае с пеллетными котлами, связана с мощностью котла и фирмой его производящей, но в отличии от первых находится в пределах от 50тыс. руб. до 120 тыс. руб. Например, чугунный твердотопливный котел Protherm Бобер DLO мощностью 19 квт производимый в Словении будет стоить 53 120 руб., а его аналог из Франции De Dietrich CF 124 CSE с запасом мощности в 25 квт – 128 500 руб.
Пиролизные котлы
Пиролизный котел в разрезе
Сам термин пиролиз обозначает разложение продуктов сгорания на сгорание основного топлива (например, дрова) и газ, образующийся при этом сгорании. Котлы, в которых тепло образуется таким образом и называются пиролизными или как их еще называют газогенераторными котлами . Поэтому понятно, что топливом для данного вида котла являются материалы с большим образованием летучих веществ. К таким видам топлива можно отнести дрова и образованные от них брикеты и пеллеты, бурый уголь.
Камера сгорания или, вернее, топка в пиролизных котлах состоит из двух секций: камеры загрузки и камеры сгорания. В первой камере (загрузки) топливо сгорает медленно и пиролизутся, образовывая при этом газы, которые в камере сгорания (второй) под воздействием приточного воздуха разгораются, выделяя основное тепло для нагрева воды в контуре.
По своей сути пиролизные котлы являются экономическими так как в нем сгорает все составляющие топлива. Помимо этого, процесс горения происходит в течении от 12 часов до 30 часов, в зависимости от способа подачи воздуха. Для сравнения для обычных твердотопливных котлов, работающих на древесном топливо, это время составляет порядка 3 часов. Недостатком этого типа котлов является их более высокая стоимость по сравнению с обычными (от 70 до 300 тыс. руб.), сложность конструкции и высокая требовательность к влажности дров.
В заключение можно сказать, что существует еще одна разновидность твердотопливных котлов, которая называется котлами длительного горения . К этой группе можно так же отнести такие типы как пиролизные и пеллетные котлы.
Одним из распространенных видов отопительных котлов на сегодняшний день являются твердотопливные котлы. Название их говорит само за себя. Для сгорания в них используются твердые виды топлива. Что подразумевается под понятием твердые виды топлива? Это уголь, дрова (хворост, обрезь), торф, специальные пеллеты - спрессованные брикеты из гранул, как правило полученных из древесных отходов пиломатериалов, соломы, или из торфа.
Вид топлива выбирается исходя соображений доступности его в конкретной местности. Как правило, такие котлы устанавливают, там, где нет возможности подвести газ. По своей цене твердое топливо находится между газом и электроэнергией. Но, иногда, в некоторых ситуациях оно бывает дешевле их. В любом случае, доля котлов такого типа, находящихся в работе, довольна велика. Рассмотрим их устройство и особенности.
Виды твердотопливных котлов
Не смотря на кажущуюся простоту, существует несколько видов и типов таких котлов. Перечислим их.
- Твердотопливные котлы с ручной загрузкой топлива.
- Твердотопливные котлы с автоматической загрузкой топлива (автоматические котлы).
- Отдельная группа - отопительные печи .
В свою очередь котлы из первой группы подразделяются на три основных типа:
- традиционные классические котлы;
- котлы, использующие реакцию пиролиза - пиролизные котлы ;
- котлы длительного горения.
Также данные котлы, как и все другие, могут быть энергозависимыми или энергонезависимыми . Обычно энергозависимость заключается в электрическом розжиге , различных приборах автоматики и безопасности, и, еще реже, в оснащении котлов вытяжными (дутьевыми) вентиляторами, а также в установке насосов в конструкцию котла.
Котлы могут быть и одноконтурными, и двухконтурными. Мощность бытовых твердотопливных котлов варьируется в среднем от 5 до 80 кВт в зависимости от их конструкции и количества нагреваемых секций теплообменника. Обычно при использовании угля и кокса в качестве топлива достигается наибольшая мощность.
Конструктивные особенности
Традиционный твердотопливный котел по своей сути - любая печь со встроенной емкостью и присоединенным к ней контуром циркуляции воды. Данная конструкция давно используется и в частных домах и в небольших кочегарках предприятий. Надо сказать, что зачастую применяются и вполне неплохо работают самодельные твердотопливные котлы , использующие уголь и дрова. Другими словами, принцип таков - нагрев воды в теплообменнике (нижней части контура циркуляции), достигаемый с помощью сжигания твердого топлива. Причем форма и размер самого теплообменника могут быть разнообразны, а изготавливаются они обычно из стали или чугуна. Вторые более хрупкие, но более долговечные и эффективные - ведь чугун более инерционен, чем сталь.
Как правило, в контуре циркуляции должен быть открытый расширительный бачок . Обусловлено это тем, что у большинства традиционных твердотопливных котлов используется естественная циркуляция воды в контуре. Иногда контур дорабатывается - в него устанавливается насос для поддержания давления и лучшей циркуляции воды.
Сегодня производство твердотопливных котлов поставлено на поток. Выпускаются котлы различных мощностей, форм и размеров. Котлы промышленного изготовления обычно имеют вид металлического цилиндра или прямоугольника , спереди у которых находится топочная дверца, органы управления и датчик температуры (режима) и давления, сзади или сверху - выводы контура отопления, дымоход и выводы для электросети. Существует и ряд универсальных моделей, которые помимо твердого топлива, могут работать и на других видах топлива - электричестве и газе.
Пиролизные (газогенераторные) котлы требуют отдельного разговора, поэтому их мы рассмотрим в отдельной статье.
Отопительные печи часто отличаются от котлов предусмотренной еще при изготовлении возможностью готовить на них пищу.
Также большинство модели печей предназначены для местного обогрева - они не предназначены для присоединения контура отопления. Существуют и печи с двумя дымоходами: для летнего режима и для зимнего режима. Многие фирмы предлагают печи длительного горения
- они работают на пиролизном методе сгорания. Для лучшего и полного сгорания топлива данные печи оборудуются принудительной вентиляцией.
Одни котлы могут устанавливаться отдельно, другие предназначены для встройки в кирпичную обмуровку. Следует заметить, что расположение котла в кирпичной или каменной кладке увеличивает инерционность обогрева самого помещения , в которой он установлен - камень дольше нагревается, но и дольше остывает. Конечно, это редко имеет значение, ведь к котлу присоединен контур отопления и все комнаты хорошо обогреваются, а сам котел обычно устанавливают в небольшом подсобном или специальном помещении.
Большинство твердотопливных котлов боятся перегрева , поэтому часто за ними нужен более внимательный уход при эксплуатации. Обусловлено это невозможностью их моментальной остановки и большой инерционностью. Часто котлы оборудуются элементами защиты от перегрева. Она может быть двух типов. Первый тип сводится к добавлению холодной воды в теплообменник через термоклапан, получающий сигнал от термодатчика. Второй тип сводится к установке так называемой «буферной» емкости на выходе из котла (конструктивно может быть и встроенной в котле), где перегретая вода смешивается с водой более низкой температуры. Существует еще один вид защиты, но он применяется редко - организация слива перегретой жидкости из системы . Такой вид в большей степени защищает саму отопительную систему, а не котел.
Автоматизация работы котлов
Для того, чтобы снизить показатель присутствия человека котлы оборудуются элементами автоматики. К ним относятся устройства подачи топлива в топку котла
. Конструктивно представляет собой бункер для загрузки угля или гранул и устройство их дозирования и подачи в саму топку. Применение такой системы делает котел полностью автономным на сроки от 1 до 7 суток. У некоторых моделей котлов повторный розжиг возможен без участия человека. Есть и модели, которые даже оснащаются управлением через сотовую связь или сеть интернет с помощью специальных электронных блоков.
Конечно, вся функциональная автоматика требует постоянного наличия электричества. Поэтому такие котлы автоматически относятся к энергозависимым .
Также к устройствам автоматика можно отнести возможность переворота решеток колосников и очистки зольника. Реализуется это с помощью механических устройств. Обычно такие механизмы ставятся в стальных котлах.
Котлы, оснащенные системами автоматики, так и называются - автоматическими . В эксплуатации они долгое время не требуют для работы присутствия человека. Но, какими бы они не были, загружать топливо в предварительный бункер все-таки нужно, хотя бы раз неделю или месяц.
Достоинства и недостатки
К плюсам можно отнести следующие факторы:
- Простота конструкции и обслуживания.
- Доступность и относительная дешевизна топлива.
- Высокая инерционность : котел дольше находится в состоянии нагрева и сильнее обогревает помещение.
- Многие модели являются энергонезависимыми .
Минусы данных котлов
- Необходимость периодической чистки зольника и топки, а также ее загрузки топливом.
- Необходимость соблюдения правил безопасности при обращении с огнем и горячими деталями котла.
- Зависимость работы от уровня и давления воды в системе - в результате порой существует возможность перегрева при малом уровне . Исходя из этого - требование наличия расширительного бака и периодическая доливка воды. Во избежание отложений вода должна быть пропущенной через фильтр.
- Более низкий КПД , чем у других типов котлов (50−85% против 85−95% у газовых).
- Высокая инерционность при работе: для самого котла это минус - возможность перегрева.
- Трудная регулировка режима обогрева, из-за большой инерционности.
Исходя из всего вышеизложенного видно - у твердотопливных котлов, как и у всех других, имеются положительные и отрицательные стороны.
От автора. Пришлось мне как-то 1,5−2 года поработать кочегаром-истопником на самодельном мощном котле, замурованном в кирпич. Котел работал на дровах больших размеров (1−1,5 метра длиной) и угле. Обогревал он два автомобильных гаража на 3−6 больших грузовиков каждый и небольшой двухэтажный административный пристрой к одному из них. Что напрягало - постоянная каждодневная чистка от золы и шлака, и невозможность точно держать нужную температуру даже при качественном топливе. А некачественное (отсыревшее) топливо постоянно приходилось смачивать отработанным машинным маслом.
Классификации твердотопливных котлов.
По способу сжигания топлива и типу камеры сгорания.
1. Объемный. Способ подразумевает измельчение угля в шаровых мельницах до микронного уровня с последующим сжиганием угольной пыли. Высота котлов достигает 30 м, мощность 100 мВт и более. Используются пылеугольные горелки.
2. Слоевой , подразделяется на котлы нижнего горения и верхнего. Котлы нижнего горения называют шахтными, так как имеют верхнюю загрузку. Они вместительны, горит не весь слой топлива, а только его нижняя часть; Котлы верхнего горения имеют вертикальную, цилиндрическую конструкцию, с большой загрузочной камерой. Горение происходит сверху вниз длительное время. Но по мере горения горящий слой уходит вниз и изменяется площадь поверхности теплообмена, что сказывается на его заявленной мощности.
3. Газогенераторный («пиролизные», двухкамерные котлы).
4. На чугунных колосниках , неподвижных и с приводом.
5. На стальной водотрубной решетке.
6. В псевдо кипящем слое .
По способу управления котлом.
- Ручное;
- Механическое (терморегулятором с рычагом и цепочкой , регулирующий поток воздуха в котел, в зависимости от достижения заданной на регуляторе температуры);
- Автоматическое , при помощи микроконтроллера, который управляет потоком воздуха при помощи дымососа, а также управляет подачей топлива на колосник.
Теория горения угля.
При нагреве угля из него в первую очередь выделяется влага, которая испаряется и в виде пара удаляется в дымоход.
По мере роста температуры уголь начинает выделять газообразные летучие компоненты () , которые сгорая, разогревают уголь . После их выделения остается твердый остаток, кокс , состоящий из углерода и золы. Выделившиеся газы , быстро сгорая, дают примерно 10% тепла от всего баланса температур.
Таким образом, основное приходится на углерод , находящийся в твердом остатке угля .
Воздух, подаваемый для горения угля делят на первичный и вторичный.
- Первичный воздух подается через колосники в топочную камеру, где происходит коксование угля.
- А на выходе коксового газа из топочной камеры, для его полного сгорания, требуется подавать вторичный воздух.
Для наиболее эффективного сжигания топлива, необходимо управлять этим процессом, т.е. регулировать интенсивность горения, как угля, так и коксового газа.
Рассмотрим процесс сгорания топлива в реальном котле.
Уголь в котле горит на колоснике, через который поступает воздух за счет тяги дымовой трубы или за счет дымососа, что создает разряжение в камере горения.
Нагрев теплоносителя происходит при передаче тепла теплообменнику.
Виды :
- электромагнитным излучением пламени , которое облучает теплообменник;
- конвекцией , при прохождении раскаленных дымовых газов при их удалении тягой из котла через трубы теплообменника. В трубах теплообменника, установливают турбуляторы, которые закручивая газы, многократно увеличивают длину пути, время и количество упругих соударений молекул дымовых газов в дымогарных трубах теплообменника, что способствует более эффективному теплообмену;
- по твердому телу , при непосредственном касании раскаленного угля частей теплообменника.
Из всех указанных трех типов передачи тепла наиболее эффективным является электромагнитное излучение пламени , за счет большого градиента температур.
Вторым по значимости идет механизм теплопередачи дымовыми газами, поэтому для поддержания коэффициента полезного действия котла, необходимо содержать части теплообменника чистыми от смол и сажи.
Площадь контакта раскаленного угля с теплообменником небольшая, поэтому по значимости, этот механизм стоит на последнем месте.
Высокий КПД котла - чистый теплообменик.
- Чтобы исключить загрязнение теплообменника, на выходе из котла рекомендуется установить . В межсезонье, когда необходимо снижать температуру теплоносителя в системе отопления до 30-70°С, он позволяет поддерживать температуру теплоносителя в котле выше температуры конденсации смол (85-90°С), чем исключает загрязнение теплообменника и его дальнейшую трудоемкую чистку.
- С целью исключения конденсации смол и сажи на теплообменнике также рекомендуется подключать дополнительный насос для подмешивания во входной патрубок («обратки»), горячей воды с температурой 90ºС из патрубка выходного. Это позволяет повысить температуру нижней части теплообменника котла.
Вышеперечисленные, решения позволяют исключить загрязнение котла, соответственно избавить пользователя от постоянной его чистки.
При соблюдении данных указаний, теплообменник котла будет чистым, что позволяет держать температуру дымовых газов на рабочих значениях, на уровне 100-150°С. Это повышает эффективность сгорания топлива и КПД котла, снижает стоимость получаемого тепла.
При загрязнении теплообменника резко уменьшается передача тепла теплоносителю, падает КПД котла. Это приводит к повышению температуры дымовых газов до 200-300°С, что указывает на необходимость чистки теплообменника.
Причиной приводящей к загрязнению смолами теплообменника, являются периодические остановки работы котла, его остывание и повторный розжиг, что является нежелательным по этой причине.
