Выбор твердотопливного котла длительного горения

Твердотопливные котлы отопления имеют достаточно преимуществ над другими видами отопления, ведь благодаря

Что такое твердотопливные котлы, и каковы принципы их работы

Казалось бы, что отопление дома твердым топливом (дрова, уголь, торф) в 21 веке исчезнет из употребления. Но это утверждение оказалось преждевременным: сегодня еще многие современные дома топятся этими энергоносителями. Конечно, для обогрева помещения используется не старая каменная печь, а современные отопительные котлы на твердом топливе.

Котлы длительного горения на твердом топливе

Эти теплогенераторы могут работать на разном типе энергоносителя:

  • угольные пеллеты;
  • дрова;
  • обычный каменный уголь;
  • торфяные пеллеты.

Принцип действия твердотопливного котла довольно прост: какой-либо из вышеприведенных энергоносителей загружается в топочный отсек котла и поджигается. Тепло от горения нагревает воду, которая, циркулируя по трубам, обогревает дом. Такие котлы отопления на дровах длительного горения отличаются рядом негативных особенностей:

  • коротким периодом горения (2-8 часов);
  • необходимостью убирать золу;
  • необходимостью регулярно подкидывать в топку новые порции энергоносителя.
  • невысоким КПД.

Схематическая зарисовка — принцип работы твердотопливного котла отопления

Избавиться от этих недостатков удалось с разработкой принципиально новых твердотопливных теплогенераторов, которыми являются котлы длительного горения на твердом топливе. Разделяют их на два типа:

  • пиролизные;
  • котлы верхнего горения.

Топливо для твердотопливных котлов

Твердые виды топлива имеют важное экономическое преимущество над остальными — их цена достаточно стабильна во времени. Именно поэтому многие жители западных стран Европы предпочитают твердотопливные котлы. Более того, в этих странах централизованно производятся специальные цилиндрические гранулы из древесины — так называемые пеллеты. Их делают из древесной муки, не используя при этом другие химические, экологически вредные добавки. Склеивание в цилиндрическую гранулу происходит за счет природного вещества — лигнина, обладающего склеивающим эффектом при нагревании. У пеллет достаточно преимуществ перед другими источниками энергии: они удобны в обращении, мало стоят, дают высокую теплоту сгорания.

Любое топливо для твердотопливных котлов — это горючее, основным элементом которого является углерод. Наиболее основные источники его — каменный и бурый уголь, древесина, торф, сланцы. Кроме углерода в этом сырье содержится также кислород, сера, азот, водород (табл. 4.2), соотношение которых в топливе и определяет его свойства. Не удивительно, что то же количество, к примеру, угля и дров дает разное количество теплоты, то есть теплотворная способность обоих видов топлива разная. Самое высокое значение этого показателя имеет каменный уголь. Твердое топливо, как правило, используется для получения теплоты, но нередки случаи, когда оно необходимо и для выполнения механической работы (табл. 4.3, 4.4).

Таблица 4.2.

Сравнительные характеристики различных видов топлива

Вид топлива Теплота сгорания МДж/кг % серы % золы Углекислый газ, кг/ГДж
Каменный уголь 15-25 1-3 10-35 60
Дизельное топливо 42,5 0,2 1 78
Мазут 42 1,2 1,5 78
Щепа древесная 10 2
Гранулы древесные 17,5 0,1 1
Гранулы торфяные 10 20 70
Гранулы из соломы 14,5 0,2 4
Природный газ 35-38 МДж/м3 57

Таблица 4.3

Приблизительный расход топлива в зависимости от площади

Площадь помещения м2 Мощность котла кВт Максимальный расход топлива кг/ч
Твердое топливо Дизельное топливо
Твердотопливный котел Пиролизный котел
100 5-12 3,2 1,6 1,0
130 6-16 4,7 2,9 1,3
160 6-20 6,0 3,0 1,6
200 7-24 7,6 3,8 2,0
220 8-25 7,9 4,0 2,2
270 10-32 8,9 5,0 2,7
370 18-45 14,0 7,0 3,7

Таблица 4.4

Теплота сгорания различных пород дерева

Порода дерева Плотность, кг/м3 Теплота сгорания (при влагосодержании 20%)
кВт*ч/фестметр кВт*ч/кубометр кВт*ч/кг
Хвойные породы
Пихта 430 2100 1500 4,0
Ель 420 2200 1550 4,2
Кедр 510 2600 1800 4,1
Лиственница 545 2700 1900 4,0
Лиственные породы
Береза 580 2900 2000 4,1
Вяз 620 3000 2100 3,9
Бук 650 3100 2200 3,8
Ясень 650 3100 2200 3,8

Все виды твердого топлива можно разделить на две категории: природные и предварительно очищенные. К первым относят разные виды угля, древесину, торф, солому. Ко вторым — брикеты бурого угля, древесный уголь, кокс.

Каменный уголь — очень древний источник энергии и тепла. Образован он был довольно давно, поэтому и распространен по всей планете на разной глубине.

Бурый уголь имеет более позднее образование. Источником его создания была, как правило, древесина. Не удивительно, что он имеет в себе достаточно влаги — до 60%. Добывают его в открытую, не копая шахты. Сырье имеет достаточно малую теплотворную способность, поэтому используется на месте и не транспортируется в другие страны.

Источником торфа являются растения на болоте. Поэтому в нем достаточно много воды. Добывая торф, его разрезают на части и высушивают, после чего он пригоден к сжиганию.

Дерево — менее распространенный источник топлива. Как правило, оно используется в виде отходов от лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Из него также получают древесный уголь путем обработки в углевыжигательных печах.

Кокс получают из угля в специальной печи, разогревая сырье до 12000 С. Это необходимо для удаления газов из топлива и улучшения его энергетических характеристик.

Учитывая стандартные значения КПД, каждый литр стандартного жидкого топлива можно заменить тремя килограммами дерева. И каждые 200 м3 газа либо 200 л жидкого топлива соответствуют по извлекаемой энергии примерно кубометру сжигаемого бука.

Особенности конструкции и виды котлов

Количество контуров

По количеству контуров пиролизные котлы бывают одноконтурные, двухконтурные и многоконтурные. Одноконтурные предназначены только для обеспечения обогрева помещения. Чтобы с их помощью обеспечить ГВС, необходимо дополнительно докупить бойлер косвенного нагрева.

Читайте также:  Как вписать батарею в дизайн комнаты: 5 правил и ошибок

Двухконтурные модели одновременно отапливают помещение и греют воду для бытового использования. Отличаются более сложной конструкцией, монтажом и высокой ценой. Такое оборудование подойдет для дома, в котором постоянно проживают. Иногда встречаются многоконтурные котлы, в которых более двух контуров. Дополнительный контур может применяться, например, для обеспечения теплого пола.

Особенности конструкции и виды котлов

Материал корпуса

Корпус пиролизного котла может быть стальным или чугунным. Стальные котлы легче и дешевле. Они проще транспортируются и устанавливаются. Более дорогие чугунные модели отличаются повышенной надежностью. Чугун стойкий к коррозии и не имеет сварочных швов. Минусом является хрупкость материала, при резком перепаде температур он может треснуть.

Пиролизные котлы

Особенностью этих устройств является то, что внутри них возникает пиролиз, то есть разложение дров на более простые вещества. Это древесный уголь (образуется при использовании дров) или кокс (возникает при загрузке угля) и газы, большая часть которых способна гореть и выделять тепло. Пиролиз может происходить только в условиях высокой температуры и недостатка кислорода.

Главное отличие пиролизных печей заключается в том, что практически все образованные вещества во время пиролиза сгорают (не горят только углекислый газ и азот.) В других древесных котлах много угарных газов выходят через дымоход. Горение образованных газов  даёт 90% процентов производимого печью тепла. Тепло, которое возникает при сжигании древесного угля, в большой степени используется для поддержки пиролиза.

Образованные во время пиролиза газы подогреваются и выводятся в отдельную камеру, в которой и сгорают. Воздух в эту камеру подается отдельным каналом.

Конструкция пиролизной печи:

  1. Две камеры. В одной горит топливо, в другой – угарные газы. Вторая камера может быть над топкой или под ней. Второй вариант является более распространенным. Его легче производить.
  2. Вентилятор. Есть в тех древесных котлах, в которых камера догорания находится под топкой. Он нужен для подачи угарных газов в камеру догорания. Он работает от электричества. В устройствах для дома с размещенной вверху камерой догорания вентилятора нет.
  3. Система, которая подает воздух в каждую из камер отдельно.
  4. Теплообменник.
  5. Дымоотвод. В моделях с нижней камерой догорания он очень прост. Во втором типе печи для дома он имеет форму змеевика, потому, что тепло находится очень близко от дымовой трубы. Если его вовремя не собрать, то оно выйдет наружу. Змеевик эту проблему предотвращает.
Пиролизные котлы

Плюсы и минусы пиролизных котлов

Современные твердотопливные котлы имеют такие преимущества:

  1. Высокий процент сгорания топлива.
  2. Автоматичность работы. Нужно только настроить рабочий режим, загружать дрова и проводить чистку.
  3. Возможность использовать любой тип горючего. Исключением для некоторых моделей являются пеллеты: они могут проваливаться в нижнюю камеру.
Читайте также:  Выбор системы отопления для деревянного дома

Недостатки:

  1. Можно использовать только то топливо, влажность которого меньше 20%.
  2. Вентилятор и другие электрические компоненты требуют электрического тока.
  3. Потребность в пропускном клапане или элеваторном узле тогда, когда в системе отопления сильно охлаждается теплоноситель. Обратную воду нужно подогревать, разбавляя с горячей для того, чтобы не повлиять на процесс пиролиза.

Схема котла

Самодельный отопитель будет иметь такую конструкцию:

  1. Топка – «коробка» глубиной 460 мм, шириной 360 мм и высотой 750 мм с общим объемом 112 л. Объем топливной загрузки для такой камеры сгорания составляет 83 л (весь объем топки заполнять нельзя), Что позволит котлу развивать мощность до 22 – 24 кВт.
  2. Днище топки – решетка из уголка, на которую будут укладываться дрова (через нее в камеру будет поступать воздух).
  3. Под решеткой должен быть отсек высотой 150 мм для сбора золы.
  4. Теплообменник объемом 50 л большей частью расположен над топкой, но нижняя его часть охватывает ее с 3-х сторон в виде водяной рубашки толщиной 20 мм.
  5. Подсоединенная к верхней части топки вертикальная дымоотводящая труба и горизонтальные жаровые трубы располагаются внутри теплообменника.
  6. Топка и зольник закрыты герметичными дверцами, а забор воздуха осуществляется через трубу, в которой установлен вентилятор и гравитационная заслонка. Как только вентилятор выключается, заслонка под собственным весом опускается и полностью перекрывает воздухозаборник. Как только термодатчик зафиксирует снижение температуры теплоносителя до заданного пользователем уровня, контроллер включит вентилятор, поток воздуха откроет заслонку и в топке разгорится огонь. Периодическое «отключение»котла в сочетании с увеличенным объемом топки позволяет продлить работу на одной загрузке топлива до 10 – 12 часов на дровах и до 24-х часов на угле. Хорошо зарекомендовала себя автоматика польской компании KG Elektronik: контроллер с термодатчиком – модель SP-05, вентилятор – модель DP-02.
Схема котла

Чертеж котла на твердом топливе

Топка и теплообменник окутываются базальтовой ватой (теплоизоляция) и помещаются в корпус.

Виды твердотопливных агрегатов длительного горения

Подобные агрегаты делятся на три вида: пиролизные, пеллетные и котлы с принципом верхнего горения. У каждого из них присутствуют достоинства и недостатки.

Агрегат с принципом верхнего горения топлива

Принцип работы такого устройства отличается от других видов тем, что уголь в камере, горит сверху, а пламя опускается вниз по мере прогорания. Происходит это так.

Виды твердотопливных агрегатов длительного горения

Принцип работы котла верхнего горения

Такие котлы удобны тем, что их не нужно часто заполнять. Одной загрузки (через дверцу сверху), хватает на 5÷8 дней. Золоудаление производится через нижний лючок. Более дорогие модели оснащаются дверцей по всей длине цилиндра. Здесь стоимость повышается по причине сложности изготовления агрегата.

Читайте также:  Датчик температуры применяемые в котлах отопления

Пеллетные котлы и их преимущества перед остальными видами

Пеллетами называются гранулы прессованного топлива. Преимущества пеллетов в форме и размере, которые позволяют автоматизировать процесс подачи в топку. Рассмотрим плюсы такого вида котлов.

Прессованные пеллеты дешевле дров или угля, что обеспечивает экономию семейного бюджета в отопительный сезон. К тому же автоматический котел на твердом топливе приходится реже загружать, он требует более редкого обслуживания. Температуру в помещении можно регулировать увеличением или уменьшением подачи топлива в топку. По этим причинам популярность пеллетных котлов растет с каждым годом.

Виды твердотопливных агрегатов длительного горения

Пеплетные агрегаты реже требуют загрузки

Наличие буферной емкости

Схема отопления котлом с буферной емкостью

Есть домашние котлы на твердом топливе для отопления частного дома с теплоизолированным баком с водой, который выполняет роль буфера. Он устанавливается между котлом и отопительной системой и выполняет следующие функции:

Наличие буферной емкости
  • Защита. Сохраняет отопительный контур от перегрева.
  • Аккумуляция тепла. Собирает и запасает энергию от котла и поставляет в систему по необходимости.
  • Связь в одну цепь нескольких видов котлов (электрических, водяных, газовых). Позволяет им функционировать в пределах одной системы.

Буфер улучшает температурные характеристики, повышает КПД, уменьшает расход сырья и частоту укладки топлива. При выборе буфера емкость рассчитывается с учетом того, что на 1 кВт требуется примерно 25 литров.

Чертежи котла длительного горения Холмова

Отличные технические характеристики твердотопливного котла Холмова и его простая конструкция поспособствовали тому, что появились различные чертежи и схемы, которые указывают на то, как правильно сделать агрегат такого типа самостоятельно.

Однако в полной мере и качественно выполнить дома такой котёл практически нереально. К тому же работы могут стать причиной несчастных случаев. Безопасность могут гарантировать лишь обогревательные котлы, выполненные в заводских условиях и имеющие сертификаты.

Советы и рекомендации по запуску устройства после длительного перерыва

Перед закладкой основной части дров и угля следует убедиться в наличии тяги, для этого разжигаем бумагу и помещаем ее в ревизию агрегата. Жечь бумагу следует до тех пор, пока не появится естественная тяга. После этого заложить немного мелких щепок и бумаги, дать разгореться, только потом загрузить основную часть дров и угля.

Самую нижнюю дверцу первое время держать немного приоткрытой, чтобы котел поработал некоторое время на естественной тяге. Когда дрова хорошо разгорятся, дверцу можно закрыть и активизировать автоматику.

Котёл Холмова

Эта модификация печи отличается тем, что она оборудована двумя камерами — для установки теплообменника и отдельно для сжигания топлива. Эти устройства с нижним горением и высотой топки на всю высоту, что стало названием для них. Принцип действия зависит от конструкции.

Самыми популярными сегодня являются две конструкции:

  • пиролизные котлы Холмова (ПК);
  • обычного горения.

Топливо сгорает внизу закрытого топочного пространства. Вторая шахта меньшего размера, служит для дожига уходящих газов и охлаждения их в бойлере подогрева воды на отопление.

Котёл Холмова

Энергонезависимые устройства контролируют температуру термостатом RT3, установленного на фронте конструкции. Для полноты горения топлива Подача воздуха в него, регулируется дверкой поддува расположенной на основной двери зольника.

Котел Холмова. Вид сверху и сбоку

Специальный ограничивающий затвор установлен для того, чтобы обеспечить минимальный воздухопроход. В верхней тыловой части агрегата находится патрубок для присоединения дымовой трубы, обеспечивающей естественную тягу.

Котел оборудован клапаном-отсекателем и компенсаторами на наружной части и внутри корпуса, предназначенных для предотвращения от разрыва сварных швов во время аварийного перегрева.