Угольный котел длительного горения

Принцип действия пиролизных твердотопливных котлов

Как уже отмечалось, одним из недостатков агрегатов традиционного исполнения является их малый КПД. Проблема может быть устранена при установке пиролизного котла, в котором реализуется принцип так называемого двойного сгорания. Он заключается в том, что при некотором (искусственно создаваемом) недостатке воздуха, требующегося для горения топлива, конечным продуктом сгорания является не диоксид углерода СО2, а угарный газ СО, сам являющийся горючим газом.

В совокупности с паром, который всегда выделяется перед началом устойчивого горения топлива, он образует генераторный газ, который, во-первых, поддерживает процесс сгорания, во-вторых, повышает температуру в топочной камере, и, в третьих, увеличивает продолжительность сгорания порции топлива. Пиролизные котлы разработаны, главным образом, под дрова и пеллеты, поскольку из всех видов твёрдого топлива именно они обладают наименьшей теплотворной способностью.

Конструкция котла на твёрдом топливе, реализующего принцип пиролиза, представлена на рис. 2. Из него следует, что данный агрегат имеет в своём составе две рабочих камеры: в верхнюю производится загрузка топлива, в нижней происходит сам процесс пиролиза.

Он состоит из следующих стадий:

• Предварительного подсушивания дров подогретым воздухом, принудительно подаваемым в камеру вентилятором;
• Дегазации дров, с выделением генераторного газа;
• Последующим сжиганием генераторного газа в камере сгорания;
• Нагревом теплоносителя, заключённого в зазоре между внешней и внутренней стенками.

Необходимо отметить, что длительность сгорания в пиролизном котле значительно увеличивается. Связано это с неодинаковостью по времени происходящих реакций дегазации и сгорания: вначале, при температурах, превышающих 2500С, происходит только дегазация летучих компонентов: смол, масел и т.п. далее – при достижении температуры более 600…6500С (зависит от вида древесины) начинается процесс превращения твёрдого углерода в древесный уголь, и затем – уже при температурах до 8500С – сжигание последнего. В результате достигается более полное сгорание топлива и увеличиваются интервалы времени между его загрузкой.

Рис. 3 Котёл длительного горения

При всей своей экономичности пиролизные котлы обладают двумя особенностями: для привода вентилятора они требуют электрической энергии (а потому автономными считаться уже не могут), а также нуждаются в более серьёзных приборах автоматики, поскольку угарный газ СО чрезвычайно ядовит. С этим связано и более тщательное обустройство дымохода.

Применение и эффективность

Угольные котлы для отопления частного дома нашли применения в регионах России, где отсутствует магистральные подвод газа, а также имеется дефицит по другим энергоресурсам: дрова, электроэнергия.

Популярность угля выше вблизи крупных транспортных узлов, поскольку для перевозки большого количества угля используется в основном железнодорожный транспорт.

Для того чтобы повысить эффективность работы угольного котла, необходимо выполнить ряд мероприятий. Начинают с выбора марки угля. Он добывается в шахтах и может содержать 15-20% пустой породы, не способной гореть, и образующей много золы.

У необработанного угля зольность достигает 30%. Поэтому для энергетических целей уголь проходит специальную обработку на обогатительных комплексах, что повышает КПД агрегатов, у традиционных угольных устройств до 70-75%, а у автоматических — практически до 90%.

Кроме того, с тем, чтобы увеличить экономичную работу системы теплоснабжения дома, оборудованной угольным агрегатом, необходимо учитывать такие моменты:

1. Не применять сырой уголь, поскольку существенная часть энергии из теплотехнического цикла пойдет на его просушку.
2. Следить за состоянием дымоотводной системы и поверхностями нагрева котла, они должны быть чистыми.
3. Обеспечить достаточное количество воздуха. В помещении, где установлен агрегат, должна существовать эффективная трехкратная приточно-вытяжная вентиляция.
4. Задействовать терморегуляторы в схеме работы автоматического угольного котла.
5. Выполнить эффективную теплоизоляцию дома.
6. Усовершенствовать внутридомовою тепловую схему, установить циркуляционный насос и бойлер косвенного нагрева горячей воды.

Первый запуск системы отопления

Перед первой растопкой котла давление в системе должно составлять около 1 атм. Не забудьте открыть шибер на дымовой трубе. Растопочный материал укладывается на колосниковую решётку, после чего в камеру сгорания можно загружать топливо. После 10-15 минут с момента розжига растопочную заслонку следует закрыть.  Когда температура теплоносителя в системе достигнет 85оС, следует настроить терморегуляторрегулятор, после чего установить минимальный (около 5 см) зазор между первичной заслонкой и дверцей топки.

Заслонки позволяют отрегулировать объём вторичного воздуха и таким образом повысить экономичность котла отопления.

Установка твердотопливного котла – задача отнюдь не простая, но вполне решаемая

Важно не просто соблюдать требования нормативных документов, но и следовать элементарной логике. И не забывать при этом пользоваться успешным опытом тех, кто уже имел дело с организацией систем отопления на базе теплогенераторов на твёрдом топливе

Самое главное – обеспечить оптимальный режим работы отопительного оборудования. Ведь от этого напрямую зависит его надёжность и долговечность и, конечно же, микроклимат в помещениях вашего дома.

Сильные и слабые стороны котлов длительного горения

Как и любое оборудование, котлы длительного горения имеют свои недостатки:

• использование в качестве топлива щепы: щепе присущи низкие сыпучие качества, поэтому она может комкаться, слипаться или слеживаться при долгом простое или на дне бункера под давлением. При горении щепы не выделяется должного тепла, так как она влажная;
• для бытовых нужд полностью исключить участие человека не получится, так как обслуживание и очистка котла должны производиться регулярно. В работе котлов, работающих на угле или щепе, в золе могут попадаться несгоревшие крупные частицы.

При работе недостатков может быть выявлено больше в зависимости от типа котла и его установки. Но если агрегат будет выбран и установлен правильно, то существенных минусов в работе быть не должно.

Сильных сторон печей длительного горения, к которым и относятся автоматические угольные котлы, гораздо больше, и на них следует остановиться подробнее:

• экономность в цене топлива: уголь или древесные отходы в виде щепы стоят недорого;
• автоматический котел практически не требует участия человека, и посещение котельной может быть сведено к минимуму. Автоматизация процесса затрагивает все процессы горения;
• экологически чистые: печи на древесном типе топлива (щепе, угле) не наносят вред природе и экологии.

Также немаловажной особенностью является монтаж оборудования, который можно произвести самому, но прочитав инструкцию и просмотрев соответствующее видео, так как на видео можно наглядно увидеть сложные моменты установки. Котлы с автоматической подачей топлива бывают различных размеров: от бытовых до производственных

Бункер может быть как встроенным, так и находиться неподалеку от самого котла. Сложные агрегаты лучше не ставить самому, а доверить работу мастеру. Автоматизация котлов также настраивается под тип помещения и нужды.

Чем оборудованы современные котлы

Большинство моделей отечественного и зарубежного производителя оборудованы теплоизоляцией, которая способствует уменьшению потерь тепла. В таких котлах оснащенный вентилятором блок управления нередко заменяет автоматический регулятор тяги.

Для регулировки интенсивности горения можно выбрать автоматический или ручной регулятор подачи воздуха в камеру сгорания. Маломощные котлы с ручной регулировкой удобны в работе тем, что позволяют регулировать тягу в соответствии с выбранным температурным режимом.

Большим спросом пользуются и двухконтурные твердотопливные котлы, выполняющие одновременно две функции: обогревая помещения дома и обеспечивая его жильцов горячей водой. При выборе устройства стоить определить для себя: будет ли он основным или вспомогательным элементом системы.

Схема: работа твердотопливного котла

Если ориентироваться на стоимость твердотопливного котла, то лучше отдавать предпочтение агрегатам зарубежных производителей в среднем ценовом сегменте. Существенным отличием от дорогостоящих аналогов будет только отсутствие в них сложной электроники.

Ее основная задача — контролировать процесс горения с учетом температуры внутренних помещений и наружного воздуха, упрощая тем самым эксплуатацию агрегата.

Древесные брикеты для котла

На данный момент, технология производства была изменена. Потребителю стали предлагать топливо цилиндрической формы, длиной до нескольких сантиметров, что сделало возможным применение древесных топливных брикетов в автоматических котлах.

Как и из чего делают древесные брикеты

Отопительные древесные брикеты для котлов, изготавливают тремя различными способами, каждый из которых имеет свои особенности и маркировочное обозначение:

• Прямоугольные RUF брикеты – получили маркировку по причине того, что первое прессованное топливо создавалось на оборудовании, изготовленном немецким производителем RUF. По своей форме, готовая продукция напоминает небольшой кирпич. Принцип производства основан на прессовании опилок и отходов, посредством гидравлических прессов, при давлении 300-400 бар.

Цилиндрический брикет – прессование брикетов для твердотопливных котлов, данного типа, осуществляется на гидравлическим или ударно механическом оборудовании. При прессовке, давление увеличивается до 600 бар. Недостатком цилиндрического типа топлива, является боязнь влаги и подверженность к механическим повреждениям.

Pini&Kay – прессование древесных брикет для отопительных котлов, осуществляется на шнековом оборудовании механического типа. Отличием производства является одновременное использование высокого давления (до 1100 бар) и термического обжига. Полученные «поленья», имеют грани и характерный темно-коричневый цвет.

• Шайбы – по своему строению напоминают Pini&Kay, имеют четыре или шесть граней и радиальное отверстие по центру. Длина брикета всего несколько сантиметров.

Используемая технология производства брикетов, отражается на качестве и себестоимости топлива. Наибольшую теплотворную способность имеют Pini&Kay, они устойчивы к влаге и механическому воздействию, а также дольше горят при топке.

Расход брикетов в котле

Твердое топливо для котлов в брикетах, изготавливается из различных пород дерева. От сорта и породы древесины, зависит время горения и расход топлива:

Хвойные брикеты – быстро разгораются и создают высокую температуру в топке, но быстро прогорают, по причине большого количества выделяемой смолы. Топить хвойными брикетами не выгодно, по причине большого расхода топлива, но их целесообразно использовать для растопки котла.
Лиственные прессованные плиты – имеют высокую теплотворную способность, тяжело разгораются и медленно прогорают. Средний расход составляет 10 кг на 6-7 часов.

Еще один вид брикет, который не нашел широкого применения – это плиты, изготовленные исключительно из коры. Данный тип топлива тяжело прогорает, но во время горения, практически не имеет пламени и медленно тлеет. При этом, температура сохраняется, пока плиты не сгорят. Среднее время горения составляет 12 часов.

Стоимость древесных брикетов

Использовать топливные брикеты экономически выгодно, по причине высокой теплотворной способности и небольшого содержания несгораемого остатка.

Устройство и принцип работы

Автоматический твердотопливный котел спроектирован на базе классического агрегата: в корпусе имеется камера сгорания с теплообменником, ниже – ольник.

В конструкцию добавлены следующие узлы:

1. Бункер для топлива.
2. Питатель с электроприводом.
3. Специальная горелка с механизмом розжига.
4. Поворотные колосники.
5. Электронная автоматика.
6. Вентиляторы для подачи воздуха. При сжигании угля расходуется большое количество кислорода. Естественная тяга не в состоянии обеспечить такой объем, топливо будет сгорать не полностью.

Пользователь засыпает уголь в емкость и включает блок управления. Тот приводит в действие мотор питателя и дает команду горелке поджечь поступившую порцию топлива. Розжиг осуществляется электрической дугой. Если в дальнейшем случится затухание горючего, автоматика по сигналу датчика пламени снова сгенерирует искру.

Управляя мотором питателя, контроллер регулирует подачу угля. Колосники периодически поворачиваются, чтобы сбросить золу в ящик. Есть модели с функцией удаления сажи со стенок ломаных дымовых каналов. Она счищается пружинами, затем вращающимся шнеком сбрасывается в зольник.

При необходимости угольные котлы-автоматы выключаются, прекращая подачу топлива и воздуха. Находящийся в стороне от горелки теплообменник энергии от тлеющего угля не получает. После остывания воды в трубах термодатчик дает сигнал контроллеру возобновить нагнетание воздуха. Горючее воспламеняется; увлекаемый вентилятором дым направляется на теплообменник и нагревает рабочую среду.

Рекомендации по эффективной эксплуатации

В процессе эксплуатации котла, потребляющего твердые виды топлива, в его топке остаются шлаковые отложения. По мере накопления их необходимо периодически удалять. Кроме того, для поддержания энергоэффективности такого котла, следует периодически предпринимать определенные действия.

Во-первых, время от времени стенки котла необходимо очищать от скопившегося пепла и нагара. Из-за миллиметрового слоя нагара на стенках энергоэффективность твердотопливного котла уменьшается на 3%. Чистить его необходимо не реже чем раз в семь дней. При этом котел должен быть отключен, а его стенки остывшими.

Во-вторых, по мере забивания решетки колосников пеплом, котел тоже постепенно будет терять свою энергетическую мощность. Если такое явление было замечено, устранить его можно довольно просто – слегка пошевелив содержимое топки.

Современные модели твердотопливных котлов оснащены специальным рычагом для переворачивания углей, к тому же в случае надобности он поможет сбросить угли.

В-третьих, с целью улучшения обращения воды по тепловому контуру котла можно задействовать циркуляционный насос. Это позволит в значительной степени повысить энергоэффективность теплового агрегата, поскольку перемещение носителя тепла по системе будет происходить гораздо быстрее, и возвращаться в котел он будет с более высокой температурой.

А это означает, что для его повторного подогрева будет уходить меньше тепловой энергии, следовательно, энергоэффективность такого котла будет заметно больше.

Циркуляционный насос можно расположить перед входом в котел в трубе обратной подачи воды

В-четвертых, стоит контролировать состояние тяги в дымовыводящем канале. А чтобы она поддерживалась в оптимальном состоянии, дымоход необходимо прочищать не реже чем раз в год. Отрезки дымоходного канала, пролегающие через помещения без обогрева, необходимо утеплить.

Это нужно сделать для предотвращения образования конденсационных паров. Они, в свою очередь, вредны тем, что скапливаясь, мешают нормальному высвобождению продуктов горения.

Схема №9

Вот мы и подошли достаточно плавно к главной схеме обвязки твердотопливного котла в системе отопления, которая позволит обвязать и использовать твердотопливный котел максимально грамотно и эффективно. Главное отличие схемы — наличие теплоаккумулятора. Объем теплоаккумулятора для отапливаемой площади дома до 200 квадратных метров будет находиться в пределах от 800 до 2000 литров. Точная цифра зависит от того, как часто вы планируете подходить к котлу, чтобы добавить топливо.

Явное преимущество этой схемы в том, что, используя теплоаккумулятор, тепло можно накапливать в системе и расходовать постепенно, растягивая его на несколько суток при условии, что система настроена и отбалансирована по производимой и потребляемой мощности. Кроме того, тепловой аккумулятор позволяет обеспечить максимальную безопасность работы: при аварийном отключении насосов и вентиляторов котла тепло естественным образом будет уходить из котла в аккумулятор, накапливаться там, предохраняя таким образом котел от перегрева и выкипания.

Есть определенные данные об исследованиях, которые говорят о том, что при использовании твердотопливного котла без теплоаккумулятора его КПД будет в районе 42-44%, а в паре с теплоаккумулятором — КПД может достигать 85%, то есть тех величин, о которых заявляют производители котельного оборудования.

Информация заимствована у Youtube канала Termostar MD. Оригинал видео приложен ниже. Не забудьте подписаться на данный канал, если интересна тема отопления.

Подписывайтесь так же на наш Youtube, группу , . Там много полезного и интересного контента!

По каким критериям выбирать

Многие владельцы частных домов покупают котел по КПД. Угольные агрегаты длительного сгорания обладают эффективностью в пределах 82-87%, в отличие от пиролизных, но последние приборы дороже.

Важные критерии выбора:

1. Мощность оборудования. Расчет производят из пропорции 1 кВт тепловой энергии на обогрев 10 кв.м площади. Причем рекомендуется добавлять 10-15% на теплопотери, в т.ч. учитывать климатические особенности региона.
2. Степень автоматизации. Котлы, самостоятельно осуществляющие розжиг и поддерживающие горение, считаются более удобными, но стоят они дороже.
3. Объем загрузочной камеры. Он должен соответствовать мощности прибора. Считается, что на 1 кВт приходится 3,3-5,1 л объема. Можно сделать расчет самостоятельно: нужные сведения производитель указывает в инструкции.
4. Возможность работы с разными видами топлива. Есть модели, на которые дополнительно устанавливают газовую или пеллетную горелку.
5. Энергонезависимость. На рынке присутствуют аппараты с термомеханическим регулированием, которым ток не нужен. А автоматические агрегаты требуют подключения к электросети.
6. Простота управления и дополнительные опции. Есть модели, в которых предусмотрены не только элементы безопасности (аварийные выключатели или различные клапаны), но и функции для удобства (система самоочистки, возможность дистанционного управления с помощью телефона и др.).

Важную роль играют материалы, из которых сделаны котлы. В качественных моделях корпус изготовлен из толстой и жаропрочной котловой стали, чугуна. Последний более долговечен, служит в среднем 25 лет. Кроме того, он хорошо хранит тепло, не подвержен коррозии.

Поврежденные стальные корпуса (их делают из сплава с толщиной стенки от 4 мм) легче ремонтируются. Если же трещины появятся на чугуне, то необходима полная замена изделия, т. к. чугун хуже переносит температурные колебания и перепады давления.

Схемы обвязки

Закончив с монтажом отводящих горючие газы каналов, нужно заняться обвязкой твердотопливного котла, причем в ней есть не меньше тонкостей. Очень часто такие генераторы тепла оснащают баком для воды, который используется в разнообразных схемах подсоединения. Роль устройства состоит в гашении напряжений, которые могут возникнуть при предельной нагрузке на котел.

Выбор теплоаккумулятора зависит от личных вкусов владельца. Более того, при покупке стоит обратить внимание и на потребности в поддержании некоторой нагрузки за конкретное время теплоаккумулятором

Обычно ориентируются на величину аккумулятора тепловой энергии в 30–50 л на 1 кВт предельной мощности котла. Если пиковый расход тепла значительно превосходит средний суточный уровень в пересчете на 1 час, а особенно если этот расход длится долго, требуется установить более емкий бак.

Он должен быть рассчитан на давление большее, чем запланированный рабочий максимум. Независимо от избранной схемы присоединения требуется ставить предохраняющие клапаны и бак для расширения. Следует внимательно проводить все расчеты, а в идеале обратиться к профессионалам и для них, и для выполнения самого монтажа.

Это набор систем, которые автоматически сбросят давление, если оно превзойдет установленные показатели. Подобного рода манипуляция осуществляется предохраняющим клапаном, который дополняется манометром и устройством, как раз выводящим воздух наружу. От набора безопасности до самого котла недопустимо применение какой угодно запирающей арматуры. Когда топливо начинает разгораться, циркуляционный насос работает, а клапан, расположенный на вводе в нагревательный контур, перекрыт.

При этом движение жидкости происходит по сокращенному кругу. Как только обратный трубопровод прогреется до 50 или 55 градусов, термическая головка по команде датчика начинает приоткрывать закрытый контур. Это делается плавно, чтобы перемешивание холодной воды с горячей, содержащейся в байпасе, происходило равномерно. В результате прогрева радиаторов температура вырастает, и наступает момент, когда клапан закрывает байпас до конца. При этом 100% теплоносителя направляется сквозь теплообменник котла.

Подобная конфигурация проще всех и может быть выполнена своими руками. Полипропиленовыми трубами пользоваться совершенно спокойно, но требуется только проверить их официальное происхождение и соответствие необходимым характеристикам. Рекомендуется использовать для промежутка между котлом и группой безопасности исключительно металл.

Толстые стенки полипропиленовой трубы отличаются слабой теплопроводностью, из-за которой внешние датчики дают неверные показания, а трехходовой клапан опаздывает с реакцией на изменения условий.

Как правильно растапливать?

Угольную печь или котел растапливают в такой последовательности:

1. открывают дверцу топки и закрывают поддувало;
2. на колосниковую решетку кладут бумагу и на нее — щепу, жмых либо иной легковоспламеняющийся материал. Тут же в виде шалаша или колодца закладывают в небольшом количестве дрова. Поджигают бумагу;
3. закрывают дверцу топки и открывают поддувало. В дальнейшем каждый раз перед тем как открыть дверцу топки поддувало закрывают, а после затворения дверцы — открывают;
4. после сгорания древесной закладки на нее укладывают тонким слоем уголь мелкой фракции;
5. после прогорания угля его ворошат кочергой, чтобы не допустить спекания. В противном случае в топку перестанет поступать воздух;
6. на прогоревший мелкий уголь закладывают основное топливо — уголь крупной фракции толщиной слоя до 60 см;
7. заслонку поддувала приоткрывают так, чтобы в топке установился оптимальный режим горения.

При растопке котла с принудительной подачей воздуха вместо открытия заслонки включают управляющий вентилятором контроллер и устанавливают на нем желаемую температуру теплоносителя.

На что смотреть при выборе отопительного котла

Приобретение отопительного оборудования сопряжено с рядом задач, которые нужно решить заранее. Поэтому перед осуществлением покупки необходимо разобраться со следующими моментами:

1. Мощность – первоочередный параметр, по которому выбираются агрегаты. Расчет мощности твердотопливного котла отопления проводится по незамысловатой формуле: площадь дома разделяется на 10. Почему именно так? Потому что 1 кВт мощности требуется для качественного обогрева десяти квадратных метров жилья.
2. Тип теплообменника.
3. Зависимость от внешних факторов – твердотопливные электрокотлы отопления с вентилятором принудительного наддува не функционируют без электрической энергии. Если циркуляция естественная, данная проблема отсутствует.
4. Длительность работы от одной загрузки.

Польские твердотопливные котлы «PEREKO» оснащаются вентилятором наддува, благодаря которому увеличивается время беспрерывного сжигания топлива

Отопление деревянного дома твердотопливным котлом – верное решение, если жилище отрезано от благ цивилизации. Но нужно понимать, что корректная работа системы возможна тогда, когда проектирование и монтаж всех узлов и компонентов осуществляют мастера. Грамотные специалисты знают тонкости своей работы и гарантируют бесперебойное функционирование оборудования на протяжении долгих лет.

Устройство котла

Почти все твердотопливные котлы устроены одинаково. Модели, работающие на угле, обычно могут функционировать на дровах и других разновидностях топлива. Существует два вида материалов, используемых для изготовления котлов — чугун и нержавеющая сталь.

Они также могут состоять из нескольких отделов, которые при необходимости отделяются друг от друга. Это облегчает обслуживание. Недостатком такого оборудования считается большой вес, а также чувствительность к резким перепадам температуры.

Котлы из нержавеющей стали представляют собой монолитную конструкцию, поэтому разобрать их при необходимости не получится. Они нечувствительны к резким перепадам температуры и служат довольно долго при условии правильной эксплуатации. Вес таких приспособлений гораздо меньше, чем чугунных, что облегчает монтаж. Недостатком оборудования считается то, что в процессе использования на его внутренних стенках (в месте наибольшего накаливания топлива) образуются стрессовые зоны.

Со временем в этих местах металл прогорает, и требуется замена котла. Любая модель имеет топку, дымоход, зольник и отверстие для подачи воздуха, расположение которого зависит от типа конструкции. Существуют котлы, где воздух поступает через дверцу зольника, используемую в качестве поддувала.

Эксплуатация: как правильно топить котел углем

Розжиг угольных котлов выполняется с небольшим количеством древесной щепы и бумаги, после чего дверь топки закрывается. Открывают поддувало настолько, чтобы тяга обеспечивала процесс горения. Если агрегат имеет регулятор подачи воздуха, его устанавливают на температуру 70 С.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать следующий вывод, что твердотопливные котлоагрегаты, работающие на угольном топливе, по-прежнему востребованы, как в сфере индивидуального отопления жилых зданий, так и на производстве, где в достаточном объеме еще функционируют промышленные угольные котлы.

Современные достижения в области котлостроения позволяют использовать чугунные поверхности нагрева в самых передовых инновационных котлах.