Твердотопливные котлы

Бытовые твердотопливные котлы в основной массе применяются для использования в системах радиаторного отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа, но также много и классических моделей (из чугунных секций) приспособленных для работы в гравитационных системах отопления с естественной циркуляцией открытого типа. Используют твердотопливные котлы тогда, когда другие виды энергоносителей недоступны или очень дороги.

Твердотопливные отопительные котлы пригодны также для создания запаса санитарной горячей воды, для обеспечения напольного отопления (водяные теплые полы), это осуществимо с помощью дополнительных специальных аккумулирующих баков большой емкостью (500-1500 литров), бойлеров косвенного нагрева и дополнительной регулирующей смесительно-насосной автоматики.

Все твердотопливные котлы классифицируются по следующим основным главным техническим и эксплуатационным критериям:

По виду используемого топлива 

• Котлы на дровах - основным топливом для данных котлов являются сухие (до 20 % влажности) дрова;
• Котлы на угле - основным топливом для данных котлов является ископаемый уголь;
• Котлы на пеллетах - для данных котлов в качестве топлива используются топливные гранулы (пеллеты);
• Универсальные котлы на смешанном топливе - в данных котлах допускается сжигание нескольких видов топлива (дрова, бурый или каменный уголь, кокс, прессованные брикеты.

По способу сгорания топлива

• Котлы с естественной тягой - в данных моделях процесс сгорания топлива контролируется термостатическим тяговым регулятором открывающим/закрывающим воздушную заслонку, без дополнительной принудительной подачи воздуха;
• Котлы с дополнительной тягой - в отличие от котлов с естественной тягой данный вид оснащен вентилятором, который дополнительно подает воздух в топку, а мощность вентилятора регулируется в зависимости от сжигаемого топлива и дымовой тяги;
• Пиролизные (газогенераторные) котлы - это котлы с более сложным механизмом горения, который заключается в том, что дрова в первичной камере сгорают в низкокислородной среде и при этом выделяется горючий газ, который воспламеняется во вторичной камере;
• Котлы длительного горения - в данных котлах процесс горения происходит сверху вниз, за счет чего на одной закладки топлива достигается более длительный и равномерный прогрев теплоносителя;

Котлы на смешанном топливе с естественной и принудительной тягой

С помощью обычных классических твёрдотопливных котлов с естественной и принудительной тягой, трудно выполнить основную задачу отопления — автономно в длительный отрезок времени поддерживать температуру в помещении постоянной. Необходимо всё время контролировать процесс горения, подкладывать топливо, удалять шлаки и золу.

Устройство универсального твердотопливного котла с естественной тягой

Устройство универсального твердотопливного котла с принудительной тягой

1. Устройство управления     

Увеличить время между закладками топлива у таких котлов можно несколькими методами:

1. Самый простой, это действующую систему оснастить дополнительным электрическим котлом (составляющим 1/3 или 1/4 от тепловой мощности твердотопливного котла) параллельно или последовательно подключенным в обвязку. Когда горение прекратится и температура теплоносителя начнет снижаться (например, в ночное время или когда хозяева отъехали по делам), то электрокотел включается и поддерживает нагрев системы отопления, до момента очередной закладки дров;  


2. Действующую систему оснастить дополнительным аккумулирующим баком большой емкости. Пока горит топливо, в таком баке будет аккумулироваться горячий теплоноситель, когда же горение прекратится, система отопления начнет использовать накопленное тепло и за счет него спокойно продержится до следующей загрузки котла топливом. Если правильно рассчитать объем бака (не менее 25 литров на 1 кВт тепловой мощности), таким не самым дорогостоящим способом можно полностью сгладить главные недостатки твердотопливных агрегатов - быстрое прогорание топлива.
   
   При наличии достаточного места и финансов в идеале можно подобрать такую мощность котла и объем буфера, что дом можно будет отопить от одной загрузки топлива в сутки (разумеется, если котел будет с 2-3-кратным запасом мощности и буфер с объемом, способным поглотить все выработанное котлом тепло). Также в буфер можно дополнительно поставить электрический ТЭН мощностью 2-10 кВт, который защитит систему от замерзания в случае остановки котла. А установка погодозависимой автоматики, регулирующей подачу тепла из буфера в систему отопления, позволит экономично и комфортно регулировать температуру во всех отапливаемых помещениях. 

Вариант обвязки твердотопливного котла с резервным электрокотлом и аккумулирующей емкостью

Одним из самых важных факторов для универсальных твердотопливных котлов, влияющих на их работу, является подбор дымохода. Он должен быть сделан из термостойких материалов (минимум +500°С), устойчивых к коррозии, должен быть хорошо теплоизолирован и иметь минимальную высоту 4 м и минимальный диаметр 150 мм. В то же время дымоход не должен быть очень большим (по ширине и высоте), т. к. это может привести к появлению эффекта «воздушной пробки», когда холодный воздух в верхней части дымохода мешает выходу дымовых газов. Котлы со встроенным вентилятором менее требовательны к характеристикам дымохода и лучше работают в разных режимах и в разное время года (в сравнении с классическими котлами с естественной тягой), когда сила естественной тяги может уменьшиться.

Газогенераторные (пиролизные) котлы

Такие котлы более совершенны – имеют высокий КПД (до 85%), обеспечивают продолжительное и почти полное сгорание топлива, широкий диапазон изменения мощности, имеют более низкие требования к дымоходу, т. к. оснащены нагнетающим вентилятором.

В таком котле загруженное топливо при высокой температуре выделяет горючий газ, который затем подается в камеру сгорания и там сжигается. Такой процесс выделения горючего газа при высокой температуре и отсутствии доступа кислорода называется пиролизом или газификацией.

Его горением можно автоматически управлять, как и сжиганием природного газа или жидкого топлива. Но главное, в газогенераторном котле, по сравнению с обычными котлами, время между загрузками топлива увеличивается в 2 и более раз, и при горении пиролизного газа выделяется значительно больше тепла, чем просто при сжигании дров.



Для еще большего увеличения времени между закладками дров, к пиролизным котлам также применимы схемы обвязки с электрокотлами и аккумулирующими емкостями.

Слабыми сторонами в эксплуатации таких котлов можно считать их относительную дороговизну (они в 1,5 -2,5 раза дороже, чем классические универсальные модели), полная энергозависимость в работе вентилятора форсунки, а также требовательность к отсутствию влаги в топливе (максимум 20%). У многих потенциальных владельцев твердотопливных котлов просто нет возможности держать большой запас высушенных в течение 12 месяцев дров для пиролизного котла. Недобросовестные продавцы газогенераторных котлов иногда умалчивают о жестком требовании к влажности сжигаемого в них топлива.

Котлы длительного (верхнего) горения

Главной отличительной эксплуатационной преимущественной особенностью таких котлов, судя из их названия, очень долгое горение топлива от одной закладки. Например, в котлах Stropuva (Литва), по заявлению производителя, одна закладка дров может гореть около суток, а одна закладка угля до 5-7 суток. Такое происходит благодаря тому, что в них дрова горят не по классической схеме - снизу вверх, а наоборот сверху вниз (вертикальное горение).

 

Принцип длительного вертикального горения

В таких котлах необходимый для горения воздух поступает в топочное пространство сверху и направляется в очаг горения с помощью распределителя воздуха представляющего собой телескопическую трубу, на конце которой прикреплено устройство, по форме напоминающее зонт. Воздух подается в топку с таким расчетом, чтобы стимулировать сжигание только верхнего слоя дров толщиной 15-20 см. Нижележащие слои котел как бы держит про запас. По мере того как верхний слой прогорает, зонт опускается ниже, но всегда держится на топливе на уровне линии горения. Пепел практически не мешает сжиганию - его достаточно убирать 2-3 раза в месяц.

Основных недостатков у котлов верхнего горения два:

1 недостаток. Нет возможности догружать топливо во время горения. Необходимо ждать пока прогорят все дрова. Почему это плохо? Представьте: раннее утро, вам пора на работу, а на улице мороз под 30 °С. По вашим расчетам, топлива в котле осталось на 1 ч, а домой вы вернетесь только через 9-10 ч. Есть три пути решения проблемы: не ходить на работу; приехать домой в обеденный перерыв; поставить в обвязку резервный электрокотёл, который включится сам по мере понижения температуры теплоносителя системе.

2 недостаток. Такие котлы дороже традиционных котлов в 1,5-2 раза.

Принцип длительного вертикального горения: 13 - находящаяся в горизонтальном положении спичка будет гореть 30-40 °С и нагреет термометр максимум до 60 °С; 14 - спичка в вертикальном положении (головкой вверх) будет гореть 60-80 °С и сможет нагреть термометр до температуры около 120 °С.

Пеллетные котлы

Главной отличительной эксплуатационной особенностью пеллетных котлов в том, что твердое топливо (древесные гранулы - пеллеты) подаются и поджигаются в них автоматически, с помощью установленной специальной горелки с подающим шнеком. В горелку древесные гранулы поступают по шнековому транспортеру из небольшого специального бункера-хранилища размещенного рядом с котлом. Встроенный в горелку вентилятор, осуществляет подачу воздуха в топку котла, а электрическая спираль накаливания поджигает пеллеты. Фотосенсор в горелке следит за наполнением гранулами, включая/отключая внешний шнек. Когда гранулы разгорятся, система управления сама выберет режим подачи топлива, соответствующий заданной мощности, и станет поддерживать его до тех пор, пока теплоноситель в системе не прогреется до необходимой температуры. После этого подача новых порций гранул прекратится, и пеллеты, оставшиеся в сопле горелки, будут потихоньку догорать. Если они полностью не прогорят до следующего включения системы, то новая порция гранул зажжется от них. А если полностью прогорят, то горелка просто повторит весь цикл заново.

1. Твердотопливный котел      
 

2. Пеллетная горелка

3. Бункер для пеллет

4. Верхний турбулизатор/барьерное ребро - предназначено для воспрепятствования быстрого вылета газов

5. Нижний турбулизатор/барьерное ребро 

6. Верхняя предохранительная дверца

7. Монтажный комплект

8. Фланец нижней дверцы котла закрывается специальной крышкой для сжигания твердого топлива

В зависимости от конструкции котла и горелки, пеллеты насыпаются в горелку сверху либо через отверстие в ее днище. Разделение шнека, подающего пеллеты, на две части повышает противопожарную безопасность: если даже пламя вырвется из горелки, дальше первого транспортера оно не распространится.

Древесные гранулы, изготавливаются на специальном прессе из стружек, опилок и других отходов деревообрабатывающей промышленности без применения химических добавок и являются экологически чистым и очень калорийным топливом. При прессовании частицы "склеивает" лигнин, содержащийся в древесине. Диаметр гранул - 4-10 мм, длина - 5-30 мм (1 т пеллет занимает объем 1,5 м³). Пеллеты продают в удобных для транспортировки и хранения упаковках. Стоимость пеллет колеблется в диапазоне 2 - 5 тыс. руб. за 1 т, что вполне сопоставимо с ценами на дрова (от 1200 руб. за 1 м³).

Благодаря накопительному бункеру бытовые пеллетные котлы могут работать на одной закладке гранул несколько суток. Например, агрегат мощностью 24 кВт, оснащенный баком на 240 л, при его полной загрузке способен автономно функционировать около 7 дней.