Твердотопливные котлы отопления для частного дома

Конструкция и принцип работы твердотопливных котлов

Классический твердотопливный котёл представляет собой модульную конструкцию, собранную в одном корпусе.
Основные элементы конструкции:

1. Теплообменник является одной из важнейших деталей котла, с его помощью осуществляется передача тепловой энергии разогретого дымового газа непосредственно теплоносителю. Скорость прохождения газа регулируется дымососом. В среднем срок эксплуатации теплообменника составляет около 20 лет. Для изготовления может применяться сталь или чугун. Стальной теплообменник обходится дешевле, однако быстрее изнашивается. Желательно поддерживать температуру теплоносителя не ниже 65° С, чтобы не допускать образования конденсата. К преимуществам стального теплообменника можно отнести его устойчивость к резким перепадам температур. Чугунный теплообменник более долговечен, меньше подвержен образованию коррозии и требует поддержания температуры теплоносителя от 50° С и выше.

2. Топочная камера с дверцей предназначена для загрузки и сжигания топлива.

3. Колосниковая решётка должна иметь высокую теплокоррозийную устойчивость, для изготовления часто применяется сплав железа и графита (серый чугун). Решётка обеспечивает доступ воздуха для поддержания горения, равномерное распределение топлива, а также отсев несгоревших остатков в зольник.

4. Люк для прочистки верхних ходов.

5. Регулятор температуры может быть как механическим (регулятор тяги), так и автоматическим (микропроцессорный контроллер). Для более комфортной и безопасной эксплуатации котла могут применяться дополнительные устройства: регулятор тяги, газовая горелка для розжига, термостатический клапан для предотвращения перегрева и другие.

Работа котла начинается с розжига, в процессе которого происходит быстрое повышение температуры с 30-35° С до 500-600° С за 5-10 минут. В это же время температура теплообменника возрастает до 40-70° С в зависимости от настроек системы. На следующем этапе температура в топке достигает 1000-1300° С в зависимости от применяемого топлива, а теплоноситель прогревается до рабочей температуры. На данном этапе важно не допустить превышения температуры 95° С, что достигается посредством регулировки поступления воздуха в камеру сгорания при помощи задвижки. На заключительном этапе топливо полностью прогорает, и образуются тлеющие угли, после чего происходит постепенное затухание и снижение температуры.

Большинство современных котлов оснащаются датчиком предназначенным для автоматического поддержания температуры в диапазоне от 65° С до 90° С. Датчик соединяется с заслонкой, которая регулирует доступ воздуха в топочную камеру для поддержания процесса горения.

Монтаж

Безусловно монтаж отопительной системы лучше доверить специалистам. Однако ознакомившись с инструкцией и изучив все нюансы монтажа можно сделать своими руками отопление частного дома твердотопливным котлом, при этом сэкономить приличные деньги.

Твердотопливный котел Defro (Польша).

Важно! Не следует экономить на материалах, особенно, если это касается дымохода и его обустройства. Необходимо сделать все, чтобы обезопасить себя от возникновения пожара.

Этапы монтажа:

1. Котел на твердом топливе должен устанавливаться на расстоянии не менее 200 мм от стен и других материалов. Сам котел устанавливается на бетонную стяжку высотой не менее 70 мм. В случае наличия ножек, то устанавливается на них, однако если ножки не предусмотрены, то дно котла должно плотно прилегать к бетонной стяжке. Если стяжка сделана с неровностями, полости необходимо замазать герметиком. Пол перед загрузочной камерой должен быть покрыт металлическим листом.
2. Монтаж отопительных труб, желательно медных или стальных. На входе и выходе котла устанавливаем американки, это позволит легко его обслуживать в случае неисправностей.
3. На подающем патрубке устанавливается клапан охлаждения, который в случае превышения температуры теплоносителя на подающей линии выше 95°C перемешивает перегретую и водопроводную воду и подает ее в обратную линию общей магистрали, при этом скидывая излишки перегретой воды в канализацию.
4. Монтаж группы безопасности, как правило состоящей из автоматического воздушного клапана, манометра и сбросного клапана на 3 Бара. В случае срабатывая сбросного клапана перегретый пар может обжечь рядом стоящего человека, поэтому на него желательно установить отвод на 90°, который направит горячую струю вниз.
5. На обратке монтируется шаровой кран, фильтр грубой очистки, циркуляционный насос (с мокрым ротором), обратный клапан и расширительный бак, который компенсирует линейное расширение воды в результате ее нагрева.
6. Между подачей и обраткой устанавливаем двухходовой клапан с выносным термодатчиком, который позволяет поддерживать температуру теплоносителя в обратной линии не меньше 55°С. Это позволит избежать образования конденсата внутри камеры сгорания, что в свою очередь увеличит КПД и продлит срок службы котла.
7. Если котел электро зависимый, подсоединяем электропровода.
8. Установка дымохода. Все стыки необходимо посадить на термостойкий герметик. Диаметр и длина дымохода указываются в инструкции к котлу.

Преимущества и недостатки котлов на твёрдом топливе

Применение твердотопливных котлов в системах отопления и горячего водоснабжения имеет ряд преимуществ:
1. Главным преимуществом котлов на твёрдом топливе является возможность их автономной работы. Работа котла не зависит от наличия электричества, газа или других внешних источников энергоснабжения, что позволяет эксплуатировать его в удалённых районах, а также использовать в качестве дублирующего источника тепла в случае отключения электроэнергии или возникновении проблем с подачей газа. 2. Применяемые виды топлива (уголь, торф, пеллеты и другие) обходятся намного дешевле использования газа, электроэнергии или дизельного топлива. Однако стоит учитывать дополнительные расходы на доставку, погрузочно-разгрузочные работы и хранение. 3. Максимальный КПД у стандартных котлов может достигать 84,9%. 4. Простое устройство котла существенно повышает его надёжность и продлевает срок службы. 5. Большинство моделей котлов может работать на разных видах топлива. 6. Стоимость твердотопливного котла ниже газового или электрического аналогичной мощности.

К недостаткам твердотопливных котлов можно отнести потребность в отдельном помещении для установки котла и хранения запасов топлива. Эксплуатация более трудоёмка, так как требует регулярной ручной загрузки топлива, вычистки золы и сажи.

Основные функции

Технология образования тепловой энергии в твердотопливных котлах сравнима с обычными печами, в которых сжигались дрова или уголь. Правда, конструкция котлов отличается от печей тем, что в них установлен теплообменник, который соединен с системой отопления загородного частного дома.

Общее название агрегатов, работающих на твердом топливе, не подразумевает их идентичность. Существует достаточно широкий модельный ряд. Все котлы делятся по материалу изготовления на:

• чугунные;
• стальные.

Какой из них лучший?

Чугунный котел

Основным преимуществом является долгосрочная и надежная эксплуатация за счет самого материала (чугуна). Все дело в том, что этот металл имеет высокий коэффициент коррозионной стойкости.

Необходимо добавить, что это секционная конструкция, собираемая из модулей. И если по каким-либо причинам одна из секций выйдет из строя, то заменить ее новой можно, пригласив специалиста. Делать это своими руками, если вы не являетесь специалистом в данной области, категорически запрещается.

К недостаткам чугунных котлов можно отнести их большой вес и хрупкость материала. Последняя проблема может принести много неприятностей, если не соблюдать оптимальный перепад температур теплоносителя в подающем и обратном контурах.

К примеру, если на выходе из котла температура теплоносителя составляет +90 °C, а на входе +20 °C, то будьте уверены, что чугунные модули просто лопнут.

Стальной

Установка стального твердотопливного котла в загородном частном доме существенно сэкономит ваш бюджет. Стоят эти модели дешевле чугунных. К тому же они гораздо меньше весят, что очень важно при транспортировке и монтаже.

Внедрение новейших материалов и технологий позволило добиться того, что стальные аппараты служат так же долго, как и чугунные. Сюда можно добавить более высокий коэффициент полезного действия и полное отсутствие негативного воздействия перепадов температур. Система отопления в этом плане выигрывает.

Классические твердотопливные котлы

Стандартные твердотопливные котлы имеют предельно простую конструкцию, что обуславливает довольно низкую стоимость и простоту эксплуатации. Такие котлы имеют объёмное топочное отделение и неприхотливы к виду и качеству топлива. Полная энергонезависимость позволяет применять их в условиях отсутствующего или нестабильного электроснабжения.
Простота конструкции имеет и отрицательные стороны – сравнительно низкий КПД, необходимость частой загрузки топлива, механическая регулировка температуры теплоносителя, чувствительность к уровню влажности топлива и другие. Также требуется довольно частая очистка котла – накопление золы снижает производительность котла и может привести к перегреву и поломке. При эксплуатации таких котлов следует учитывать их большую инерционность – возможно только постепенное и относительно медленное снижение или повышение температуры, быстрый разогрев или выключение котла невозможны. Учитывая невысокую цену, такие котлы целесообразно применять в качестве запасного варианта на случай перебоев с поставками электроэнергии или газа.

Содержание

Чем же так хорош данный вид отопительного прибора? Современные котлы на твердом топливе обеспечивают эффективный теплообмен. Это мощные, прочные источники тепла, которые могут работать независимо от того, есть ли в доме электроэнергия или газ. Главное, впрок запастись углем или дровами. Наиболее часто в качестве топлива для данного вида отопительного оборудования используют антрацит, каменный или бурый уголь, брикеты, реже – дрова. Все зависит от зоны проживания.

Древесные брикеты в роли топлива

Такие котлы защищены от перегрева, некоторые модели оборудованы системой автоматической очистки содержимого камеры сгорания. Но все они работают только при участии человека. Для их эксплуатации понадобится вовремя загружать в камеру сгорания топливо, следить за работой системы, неуклонно придерживаться всех правил техники безопасности. Хлопот котлы отопления на твердом топливе вызывают немало. Но зато они всегда готовы обеспечить своих хозяев теплом.

Котлы длительного горения

Принцип действия котлов длительного горения направлен на продолжительное и экономное сжигание топлива. Период работы таких котлов на одной загрузке составляет до 5 суток при использовании угля и до 30 часов при использовании дров. Для увеличения времени работы и количества выделяемого тепла применяется метод «верхнего» или «верхне-нижнего» горения. Наглядно этот метод можно рассмотреть на примере горения обычной спички, повернув её сначала пламенем в направлении пола, а потом перенаправив вверх – при направлении пламени вверх время сгорания существенно возрастёт.
Камера подогрева воздуха соединяется с топочной камерой при помощи телескопической трубы с воздухораспределителем, через которую подаётся подогретый воздух. По мере прогорания топлива труба опускается под собственным весом, что обеспечивает равномерное оптимальное сгорание тонкого верхнего слоя топлива.

Отличительной особенностью таких котлов является большой объём топочной камеры, позволяющий загрузить до 50 кг топлива. За счёт ограниченной подачи воздуха происходит не столько сгорание, сколько тление топлива. Благодаря объёму камеры и медленному сгоранию, одной закладки топлива достаточно для работы котла от 12 часов до 5 суток. КПД таких котлов достигает 90%, они просты в эксплуатации и обслуживании. Подобная, но более совершенная и экономичная технология применяется и в газогенераторных котлах.

Как работает универсальный топливный котел

Рабочий процесс в таком котле происходит следующим образом:

• В начальной фазе горения топлива заслонка открыта до упора – это позволяет дровам хорошо разгореться, а котлу запустить процесс пиролиза, для чего требуется температура свыше 200 градусов;
• Когда топливо уверенно горит, заслонка прикрывается так, чтобы количество воздуха, попадающего в камеру, было минимальным;
• Разогретый в каналах воздух посредством трубок с откалиброванными отверстиями подается в верхнюю камеру;
• На выходе из горелок содержащийся в воздухе кислород вступает в реакцию с пиролизным газом, за счет чего и выделяется тепло, отдаваемое теплоносителю, находящемуся в контуре отопительной системы.

Учитывая полную независимость такого котла от электричества, его можно вполне эффективно использовать в связке с отопительными системами, в которых теплоноситель перемещается естественным путем. На отечественном пространстве перебои с электроэнергией встречаются во многих регионах, и в таких случаях автономные водогрейные твердотопливные котлы длительного горения будут лучшим выбором.

Стоит обязательно отметить, что в плане эффективности подобные котлы длительного горения существенно уступают устройствам, оснащенным электронным блоком управления. Все-таки способность системы автоматически регулировать происходящие в ней процессы и принудительно подавать необходимое количество воздуха заметно повышает КПД котла.

Следующий вид котлов – это устройства, в которых обеспечивается сжигание дров сверху вниз, но слой топлива при этом очень тонкий. Такой принцип работы встречается, например, в продукции литовской . Одноименный модельный ряд твердотопливных котлов длительного горения уже давно популярен среди многих хозяев из-за своей эффективности.

Стальные твердотопливные котлы длительного горения данного типа представляют собой вертикально расположенный цилиндр. Для закладки могут использоваться любые виды твердого топлива – от привычных поленьев до опилок и прочих древесных отходов. Благодаря большому объему топливной камеры на одной загрузке котел может проработать от 1 до 3 суток, а при использовании угля этот срок увеличивается вплоть до недели.

Высокая эффективность и длительное прогорание топлива обеспечиваются принципом работы котла:

1. Сначала в топку через специальное окно закладывается выбранный вид топлива. После того, как огонь разведен, на закладку опускается распределитель воздуха, который обеспечивает дозированную подачу кислорода исключительно в верхний слой топлива. Благодаря специальным каналам распределитель подает воздух равномерно, поэтому процесс горения достаточно стабилен и однороден.
2. Для обеспечения максимально эффективного дожига газов воздух перед подачей в камеру прогревается в специальной камере, соединенной с распределителем посредством телескопического воздуховода. В результате получается следующее: распределитель самостоятельно опускается к топливу под давлением собственного веса и все время находится в нужной точке.
3. После выделения газы отправляются на дожиг в верхнюю часть камеры. Для обеспечения горения в камеру через заслонку поставляется дополнительный воздух. Заслонка имеет несколько рабочих положений, позволяющих настраивать твердотопливный котел под разное топливо.
4. Продукты сгорания, оставшиеся после всех рабочих процессов, происходящих в котле, попадают сначала в патрубок, а уже после него – в дымоотводный канал.
5. Для регулировки интенсивности горения используется воздушная заслонка. Она связана с биметаллическим регулятором, который позволяет установить необходимое значение.
6. Твердотопливный котел длительного горения находится в водяной рубашке, позволяющей отдавать тепло в отопительную систему. Разумеется, рубашка оснащена входным и выходным патрубками.
7. Чтобы топка не засорялась, ее необходимо регулярно чистить, для чего используется ревизионное окошко.

В некоторых моделях котлов устанавливается еще и вентилятор, обеспечивающий принудительную тягу и тем самым повышая эффективность системы. Впрочем, энергозависимым такой универсальный твердотопливный котел длительного горения из-за наличия вентилятора не становится – естественная тяга обеспечит работу конструкции даже при ее отключении от электросети.

Удачная конструкция благодаря своей высокой эффективности стала прототипом для создания различных самодельных отопительных устройств. Конечно, самостоятельную сборку котлов длительного горения нужно рассматривать отдельно и более подробно, но вкратце можно сказать так – подобные устройства имеют полное право на существование и нередко создаются умелыми хозяевами.

Последним решением, которое может использоваться для обеспечения длительного горения в котле – автоматизация подачи топлива. По этому принципу работают как домашние, так и многие промышленные твердотопливные котлы длительного горения, использующие в качестве топлива пеллеты.

С конструктивной точки зрения отличий от обычных котлов длительного горения нет – в устройствах с автоматической подачей топлива присутствуют те же элементы, работающие по таким же принципам. Единственное отличие заключается в наличии специального шнека, постоянно подающего новые порции пеллет в топочную камеру. Система отслеживает наличие топлива посредством фото- и термодатчиков, и в зависимости от их показаний отправляет в топку дополнительное топливо.

Автоматический котел длительного горения на твердом топливе достаточно эффективен и перспективен. Конечно, недостатки тоже есть – в частности, для работы автоматики требуется электричество, и его отсутствие (или постоянные перебои) сделают выбор подобного котла неоправданным. Установка и настройка такого оборудования тоже сопряжены с немалыми трудностями. И последний заметный недостаток – недостаточная насыщенность рынка гранулированным топливом, поэтому с ним в процессе эксплуатации котла могут возникнуть серьезные осложнения.

Пиролизные котлы

Эффективность работы пиролизных (газогенераторных) котлов достигается за счёт раздельного сжигания твёрдого топлива и выделяемых в процессе горючих газов в отдельных камерах сгорания. Другое название явления пиролиза – сухая перегонка. Под воздействием высокой температуры (200-800° С) и при ограниченном доступе воздуха в камеру сгорания происходит разложение топлива на твёрдый остаток и пиролизный газ (смесь азота, водорода, угарного газа и углеводородов). Горючий газ с помощью вентилятора подаётся по керамической форсунке во вторую камеру, где происходит подмешивание кислорода и сжигание газа. В результате происходит дополнительная подсушка органического топлива (преимущественно используются дрова или щепа), что способствует более полному сгоранию и образованию меньшего количества золы и сажи. КПД пиролизных котлов может достигать 85-92% в зависимости от качества исходного топлива. Применяемая технология обеспечивает возможность работы котла на одной загрузке до 12 часов, более экономно расходует топливо по сравнению с классическими твердотопливными котлами и является более чистой и экологичной за счёт снижения количества твёрдых и газообразных отходов.
К недостаткам пиролизных котлов можно отнести их сравнительно высокую стоимость, повышенные требования к влажности органического топлива (не более 25-30%), необходимость полной загрузки для эффективной работы, обязательная установка трёхходового клапана для подмешивания горячей воды в обратную трубу (температура не должна опускаться ниже 65° С, чтобы не допустить образования конденсата) и предохранительного клапана для аварийного сброса излишка воды при закипании. Учитывая относительную сложность конструкции и потребность в дополнительном оборудовании, большинство таких котлов энергозависимы, что лишает их основного преимущества твердотопливных котлов – автономности.

Использование в качестве дополнительного оборудования бойлеров косвенного нагрева или теплоаккумулирующих баков позволяет сократить расход топлива до 20%, увеличить период между закладками, а также иметь постоянный запас воды для горячего водоснабжения.

Как сделать монтаж котла отопления частного дома на твердом топливе — пошаговая схема

Шаг 1: Инструменты

Нам понадобится стальной лист (толщиной более 5 мм), дроссельные заслонки, металлический уголок и чугунная колосниковая решетка. Еще следует подготовить стальные водопроводные трубы различного диаметра. А вот зольный и топочный бункер должны закрываться, так что приобретите для них специальные дверцы. Изготовление котла предполагает сварочные работы, подготовьте специальное оборудование. Из электрического инструмента пригодится дрель, угловая отрезная машинка. Еще должны быть пассатижи, рулетка и уровень.

Шаг 2: Корпус печи

Неважно, на какой схеме котла вы остановились, в любом случае главным его элементом выступает топка. Эта зона отличается воздействием высоких температур, так как в ней происходит сжигание топлива. Поэтому лучше всего для сборки использовать соответствующие материалы, однако если жаропрочной стали нет, можно взять и обычную, только в этом случае стенки делаются двойными. Отрезки стальной трубы выступят отличными ребрами жесткости. Далее измеряем размеры дверец зонального и топочного бункера и вырезаем соответствующее отверстие в передней стенке.

Шаг 3: Теплообменник

Чтобы котел, работающий на твердом топливе, имел высокий КПД, следует подготовить два бака под воду. Для них прекрасно подойдет стальной лист. Но конструкция теплообменника сложная и состоит из набора стальных труб, часто используемых в системе отопления дома, поэтому в этом вопросе лучше обратиться к профессионалам. Проточный контур должен обладать максимально большой внешней поверхностью, только тогда можно обеспечить должную теплоотдачу.

Шаг 4: Сборка котла

Из-за большого количества металла такие печи получаются довольно массивными, поэтому лучше всего их собирать на том месте, где они и будут находиться. Это оборудование предназначено для отопления частного дома, поэтому желательно еще на этапе строительства позаботиться о наличии отдельного помещения. Под котлом обязательно нужно выложить фундамент, причем в этом случае используется только жаропрочные материалы. Далее идет установка днища зонального бункера печи, по периметру которого монтируются внутренние вертикальные стенки. Затем делается монтаж теплообменника, а с наружной стороны бункер укрепляется дополнительными ребрами жесткости.
Котел для отопления дома практически собран, осталось только закрепить наружные стенки и поставить верхнюю плиту. Между внутренними и наружными стенками засыпается промытый песок. Он не только снизит теплопотери, но и защитит элементы от прогорания. Установка будет считаться завершенной после подключения печи к контуру.

Шаг 5: Эксплуатация

О топливе речь уже шла выше, а вот какой теплоноситель лучше выбрать для этой печи? Следует сказать, что каждый теплоноситель подходит под определенные условия. Например, если в холодный сезон температура в контуре не будет менее +5°, то отлично подойдет очищенная вода. Когда есть вероятность падения температуры в системе до минусовых температур, то выбор должен пасть на антифриз.
Осталось убедиться, что система отопления дома не имеет протечек. Для этого ее заполняют холодной водой и в течение суток проводят визуальный контроль всех стыков. Далее нужно запустить котел и контролировать температуру и давление, последний параметр не должен превышать 0,2 бар. Затем важно сделать полное отключение печи, работающей на твердом топливе. И только после остывания всей системы отопления сливают воду. Теперь нужно залить выбранный теплоноситель и еще раз проконтролировать, нет ли протечек. Если все в порядке, можно запускать котел и наслаждаться приятным микроклиматом.

• Автор: Михаил Малофеев
• Распечатать

Оцените статью:

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

(0 голосов, среднее: 0 из 5)
Поделитесь с друзьями!

Пеллетные котлы

Для работы таких котлов применяется специальный вид топлива – пеллеты. Пеллеты производятся в основном из отходов деревообрабатывающей промышленности методом прессования. Склеивание древесных частиц происходит без применения химических добавок: под воздействием температуры древесина выделяет лигнин, который и служит связующим веществом. При сгорании одной тонны пеллет выделяется 3500 кВт/ч тепловой энергии, что в полтора раза больше, чем в процессе сгорания аналогичного количества дров или древесной щепы. Влажность составляет всего 8-12%. Пеллеты представляют собой сыпучий гранулированный материал, что существенно облегчает процесс траспортировки и хранения и являются экологически чистым продуктом, не выделяя в процессе горения токсических веществ.

Конструктивной особенностью пеллетных котлов является обязательное наличие ёмкости (загрузочного бункера) для хранения и подачи пелет в камеру сгорания посредством шнекового механизма. При этом время непрерывной работы котла зависит исключительно от объёма бункера и составляет в среднем от 3-7 суток.
В зависимости от модели котла могут применяться различные способы сжигания пеллет. Ретортная горелка представляет собой стальную или чугунную чащу на поверхность которой снизу подаётся топливо. В зону горения осуществляется подача воздуха поддерживающего процесс горения и предотвращающего перегрев горелки. Могут использоваться как подвижные, так и неподвижные ретортные горелки. Подвижные (оборотные) позволяют эффективно сжигать топливо с большим содержанием золы, влаги и пыли.

КПД пеллетных котлов может составлять до 95% в зависимости от качества топлива и модели котла. Работа большинства котлов полностью автоматизирована и безопасна.

Пеллетные котлы являются энергозависимыми, так как для функционирования шнекового механизма, автоматического розжига и системы подачи воздуха необходимо наличие электроэнергии.

Как вам статья?

Сергей

Задавайте свои вопросы эксперту в комментариях

Задать вопрос