Котли тривалого горіння, на твердому паливі

Проблема опалення власного житла – одна з найскладніших завдань, яке доводиться вирішувати господареві будинку. Ігнорувати це питання не вийде – проживати в неопалюваному приміщенні практично половину року буде неможливо, а різкі температурні перепади швидко зістарять всю внутрішню обробку і скоротять термін служби всього будови.

Оптимальним вирішенням питання бачиться створення внутрішньобудинкової системи водяного опалення з циркуляцією теплоносія по трубах і радіаторів, встановлених в приміщеннях в потрібній кількості. Отже, основна проблема – вибір теплового генератора, просто — котла, який буде перетворювати зовнішнє джерело енергії на нагрів. А в цьому питанні, виходячи з особливостей клімату на переважній частині території Росії, ступеня доступності, в тому числі цінової, тих чи інших енергоресурсів, все більшу популярність завойовують котли тривалого горіння, на твердому паливі.

Чим хороші котли тривалого горіння

На сьогоднішній день найбільш зручним варіантом традиційно вважається встановлення газового котла. Однак, далеко не у всіх населених пунктах, а тим більше – заміських дачних селищах прокладені газопостачальні мережі. Крім того, підведення індивідуальної лінії від магістралі, при її наявності – це дуже серйозні витрати.

Якщо додати до цього неминучі процедури узгодження, складання проекту з дотриманням усіх вимог контролюючих інстанцій, то подібний спосіб опалення може відлякати господарів будинку, особливо в умовах, коли йому є гідна альтернатива.

Здавалося б, дуже прийнятний варіант – використання електроенергії. Електричних котлів випускається чимало, вони відрізняються високим ККД, легкістю регулювання, насиченістю системами контролю і автоматичного керування системою опалення. Але всі ці вельми значущі переваги легко розбиваються об основний підводний камінь» — вартість кіловата електроенергії. Середньостатистична сім’я просто розориться тільки на одному опаленні свого будинку.

Крім того, не секрет, що у віддалених від великих центрів селищах перепади в електромережі, на жаль, не є рідкістю. Ставити себе в повну залежність від стабільності роботи електромереж, напевно, не найкращий варіант.

На тлі розвитку сучасних енергетичних технологій поступово «пішов у тінь» традиційний для російських просторів спосіб обігріву свого житла з допомогою звичайних дров. А адже це – поновлюване джерело енергії, і з недоліком такого палива на величезних територіях країни просто немає. У хід йдуть і самостійно заготовляє дрова, і придбані, відходи підприємств деревообробки, і старий сухостій, який все одно потребує регулярного очищення. Одним словом, деревина була і залишається самим, напевно, доступним видом палива в лісистих районах країни.

Звичайно, відопления дровами ніколи не відмовлялися повністю, і печі в будинках старої споруди господарі дбайливо ремонтували і використовували за призначенням. Але ось в нових будівлях установка кам’яної печі або каміна проводиться швидше як данина моді, а не в цілях повного переходу на тверде паливо.

Однак, піч піччю — вона досить довго тримає тепло за рахунок товстих цегляних стінок і продуманої системи каналів для виходу продуктів згоряння дров. Її можна протопити і раз на добу, щоб забезпечити в приміщенні прийнятний для проживання мікроклімат. Але як бути з водяними контурами опалення? Якщо просто постійно підтримувати вогонь у топці котла, як у звичайній дров’яної печі, то це буде занадто дорого з точки зору витрат палива, так і вкрай виснажливо – кожні 2 —3 години, а то й частіше, підкладати нову порцію дров. Однак, вихід був знайдений – це втілилося у створенні сучасних котлів тривалого горіння.

Особлива конструкція опалювального приладу, заснована на застосовуваних під час його роботи фізико-хімічних властивостях твердого палива, дозволяє робити завантаження дров не частіше, ніж один раз у 12 – 15 годин, а в деяких моделях цей термін ще більше, і іноді становить навіть кілька діб.

Переваги подібних котлів ще і в тому, що багато з них можуть використовувати в якості палива, крім дров, і інші його види. Це можуть бути, наприклад, спресовані брикети з деревних відходів — пелети, які можна придбати в магазині, а в ряді випадків – навіть виготовити самостійно.

Застосовують для твердопаливних котлів кам’яне вугілля або торф. Останнім часом стали популярними так звані «евродрова».

Це також продукт переробки відходів деревообробної промисловості, що володіє високою енергоємністю і дуже зручний у використанні.

 

Принципи роботи котлів тривалого горіння

Принцип роботи звичайній печі на твердому паливі відомий, мабуть, кожному. В топкову камеру закладаються дрова (вугілля, брикети), а з розташованої нижче піддувальної камери йде потік повітря, що містить кисень, необхідний для процесу горіння. Інтенсивність горіння обмежується тільки об’ємом повітря, що поступає і площею зовнішньої поверхні паливної закладки.

По суті, це звичайний багаття, тільки укладений в кам’яні або металеві стіни, і вимагає постійного поповнення запасу палива. При цьому продукти згоряння практично безпосередньо відводяться в димохідну систему, лабіринти і повороти якої лише покращують тепловіддачу на елементи конструкції і, в певній стіні призводять до підвищення ККД, але ніяк не можуть підвищити загальну енергетичну віддачу від конкретного виду палива. Процес термічного розкладання деревини проходить дуже інтенсивно, швидкоплинно, залишаючи досить багато відходів і викидаючи в атмосферу невикористані можливості.

А ці можливості полягають в особливих властивостях деревини, які обумовлені її біохімічним складом. В процесі нагрівання цей матеріал не просто окислюється до стану вугілля з виділенням звичайного вуглекислого (СО2) і чадного газу (СО). Високотемпературне вплив завжди призводить до синтезу легких вуглеводневих сполук зі складною хімічною формулою, а вони самі по собі є відмінним газоподібним паливом, яке в звичайних печах просто викидається в атмосферу.

Процес термічного розкладання деревини називають піролізом, відповідно, виділяються при цьому гарячі газоподібні складові – піролізним газом. Характерно, що температура його згоряння, а значить – і тепловіддача, незрівнянно вище, ніж одержувані при звичайному горінні дерева. При цьому процеси окислення деревини настільки глибокі, що після них практично не залишається відходів у вигляді золи, а в атмосферу після згорання газоподібного складової викидаються в основному водяна пара і вуглекислий газ.

Отже, з точки зору технології найбільш раціонального використання деревного палива доцільно мінімізувати процес відкритого горіння, домогтися максимального виділення піролізного газу, який і буде при спалюванні, по суті, основним джерелом теплової енергії. Саме ці принципи закладені в конструкцію котлів тривалого горіння.

Різновиди твердопаливних котлів тривалого горіння

Отже, як, напевно, стало вже зрозуміло з принципу дії котла тривалого горіння, основна технологічна задача, яка повинна бути вирішена для його коректної роботи — це дозування надходження повітря в камеру попереднього термічного розкладання дров і регулювання потоків отриманих піролізних газів і вторинного розігрітого повітря для їх спалювання в основній камері згоряння, де, власне, і організований основний теплообмін з контуром опалення.

При спільності завдання, в різних моделях вона технічно вирішується по-своєму.

1. Одним з варіантів є конструкції, в яких нагнітання повітря здійснюється за допомогою вбудованого вентилятора, а регулювання потоків проводиться блоком автоматики.

Більшість з подібних котлів скомпоновані таким чином, що камера завантаження і попереднього горіння палива у них розташована зверху.

Після розпалу закладених дров подача повітря до них зводиться до мінімуму, а вентилятор забезпечує повітряний потік через нижню камеру основного допалювання, яка виконана з жаростійких матеріалів (шамоту або керамобетона), не допускають швидкого прогоряння металевих деталей і стають, крім того, хорошими акумуляторами тепла. Ця тяга постійно «підсмоктує» утворюється піролізний газ в нижню камеру. На вході в неї встановлені керамічні сопла, здатні витримувати екстремальні температури – понад 1000 градусів Цельсія.

Згоряють піролізні гази забезпечують основний теплообмін з трубами або «сорочкою» водяного контуру. Циркуляційний насос, який зазвичай також зав’язаний з блоком автоматики котла, забезпечує рух теплоносія по трубах і радіаторів системи опалення.

Якщо подивитися на представлений відеоролик, то навіть візуально можна порівняти дуже інтенсивність горіння дров у камері завантаження (практично на рівні розтягнутої тління) і непорівнянну з ними міць згоряння піролізного газу в основній камері згоряння.

Відео: пристрій і робота піролізного котла тривалого горіння «Мотор Січ«

Подібна компоновка камер зовсім не є «догмою» для цього виду котлів тривалого горіння. Так, наприклад, у котлах модельного ряду «Gefest-profi» камера допалювання винесена тому.

Вона має складну лабіринтову конструкцію, що сприяє найбільш ефективному теплообміну з контуром опалення. За рахунок цього досягається дуже високий ККД – до 90 ÷ 93 %, практично все тепло витрачається нагрев теплоносія. Про це говорить і той факт, що температура газів на виході в димохідну трубу – всього близько 70 – 110 градусів.

Згадані котли з електронним регулюванням всім гарні, однак, має дуже суттєвий недолік. Вони повністю енергозалежні – при вимиканні подачі електроенергії вентилятори і блок автоматики не діють, а значить, і вся опалювальна система стає недієздатною, навіть якщо в будинку в можливість природної циркуляції теплоносія по контуру. Вихід, звичайно, є — це установка системи безперебійного живлення, але вона хороша для екстрених випадків. Якщо перебої в електропостачанні – часте явище, то доведеться обрати якийсь інший варіант.

Досить вибагливі подібні котли і до перепадів мережевої напруги – автоматика може працювати некоректно, і часто для них потрібна установка окремого стабілізатора.

2. Подібних недоліків позбавлені енергонезалежні котли тривалого горіння, в яких організована регульована циркуляція повітря за рахунок природної тяги. Прикладом подібних нагрівальних приладів можуть служити популярні у споживачів моделі «Траян» однойменної російського торгово-виробничого об’єднання «Буржуй-До» Подільського заводу «Теплогарант».

У них велика завантажувальна камера знизу, а під нею розміщено зольник-піддувало – все, як у класичній печі. Заслінка на розташованої внизу дверцятах для доступу повітря механічно (через ланцюжок) пов’язана з біметалічним терморегулятором.

Після завантаження дров і їх розпалювання заслінка відкрита по максимуму – це необхідно, щоб почалося впевнене горіння палива і запустилися процеси піролізу, для яких потрібна температура не нижче 200 градусів.

Потім заслінка закривається таким чином, щоб мінімізувати надходження кисню в зону горіння дров, і камера переходить на режим тління. Повітря ж, пройшовши по спеціальним каналам необхідного для нагрівання до потрібної температури, надходить у верхню камеру. Подача його здійснюється через спеціальні трубки, в яких є відкаліброване отвори. Виходячи через ці своєрідні пальника, кисень повітря вступає в окислювальну реакцію з піднімається з топкової камери піролізним газом. Відбувається ефективний його допалювання з виділенням великої кількості тепла, яке витрачається нагрев теплоносія, що циркулює по трубах і водної «сорочці» котла.

Відео: схема будови і роботи котла тривалого горіння типу «Траян»

Котел повністю енергонезалежний, тому він може цілком використовуватися при відсутності електроенергії в системі опалення відкритого або закритого типу з примусовою циркуляцією теплоносія.

Справедливості заради треба відзначити, що подібна схема все ж викликає чимало критики з боку фахівців. Сперечатися тут складно – дійсно, за своїм ККД і економічності витрати дров вона серйозно поступається котлів з електронним регулюванням і примусовим створенням потоків повітря і піролізних газів. Однак, незалежність від електроенергії і простота в експлуатації роблять такі котли досить популярними у російських споживачів.

3. Ще один технологічний підхід забезпечення тривалість горіння твердого палива з подальшим дожигом піролізного газу – створення таких умов, щоб процесздля спалювання дров йшов зверху вниз, тільки у відносно тонкому шарі завантаження. Цей принцип, наприклад, застосований в популярних і довели свою ефективність котлах модельного ряду «Stropuva» однойменної литовської компанії.

Ці котли мають характерну форму вертикально розташованого циліндра. Вони можуть використовувати практично будь-який вид твердого палива – дрова, тирсу, щепу, вугілля, брикети і т. п. Велика камера завантаження дозволяє їм працювати на одній закладці досить тривалий час. Так, на одному завантаженні дров котел, в залежності від конкретної моделі, здатний функціонувати від 1 до 3 діб, а на вугіллі цей термін ще більш вражаючий – від 3 до 7 діб.

Секрет криється в конструкції котла:

• Через вікно (6) здійснюється завантаження наявного палива в камеру згоряння (8). Потім проводиться поверхневий розпал з допомогою звичайним легкозаймистих пічних рідин. Як тільки горіння почалося, на паливну закладку опускається розподільник повітря (7) – він буде дозовано подавати кисень тільки у верхній гарячий шар. В його конструкції передбачені спеціальні канали, які сприяють рівномірному розподілу повітряного потоку по площі горіння.
• Для того, щоб процес поверхневого горіння з супроводжуючим його піролізом йшов максимально ефективно, повітря потребує попередньої підготовки – нагріванні до певної температури. Для цього передбачена спеціальна камера (2). Вона пов’язана з розподільником телескопічним воздуховодом. Таким чином, розподільник поступово опускається по мірі згорання палива під силою власної ваги й постійно знаходиться у верхньому гарячому шарі.

• Виділилися піролізні гази допалюються у верхній частині камери (5). Для цього передбачена подача додаткового повітря через заслінку (4). Вона має кілька положень, розрахованих на різні види палива – вугілля або дрова.
• Після допалювання газів залишкові продукти згоряння виводяться у димохід через патрубок (3).
• Загальна регулювання інтенсивності горіння, а значить, і виділеної теплової потужності котла проводиться повітряною заслінкою (1), пов’язаної з біметалічним регулятором, на якому встановлюється певне значення.
• Котел укладений у водяну «сорочку» для теплообміну з контуром опалення – для цього є патрубки подачі розігрітого теплоносія (10) і «обратки» (11).
• Ревізійне віконце (9) служить для регулярного очищення топки від зольних відкладень.

Відео: пристрій і робота котла тривалого горіння «Stropuva»

Деякі потужні моделі котлів «Stropuva» можуть оснащуватися вентилятором для примусової подачі повітря. Проте, всі вони цілком здатні функціонувати і на природній тязі, що робить ці обігрівальні прилади повністю незалежними від наявності електроенергії.

Конструкція котла настільки ефективна, що стала основою для численних самостійних розробок, вироблених народними умільцями. Так, саме «Stropuva» напевно стала прототипом популярно в даний час грубки «бубафоня». Про її пристрої, правильному розрахунку і технології самостійного виготовлення докладно розказано у відповідній публікації нашого порталу.

4. Тривалість автономної роботи котла може бути забезпечена і автоматизацією подачі твердого палива в камеру згоряння. Ця схема реалізована в котлах, що використовують в якості палива гранульовані відходи деревини – пелети.

По суті, це той же котел тривалого горіння, який має кілька камер згоряння, але додатково обладнаний спеціальним бункером для завантаження гранульованого палива. Безперервна подача пелет в топку здійснюється за допомогою обертового гнучкого або жорсткого шнека.

Спеціальні фото — і термодатчики відстежують інтенсивність горіння і наявність палива, виробляючи відповідні керуючі сигнали для своєчасної подачі пелет в область горіння в необхідній кількості.

Подібна схема вважається дуже ефективною і має широкі перспективи. До її основного недоліку можна віднести повну залежність від електропостачання. Втім, такі котли можуть бути переведені і на звичайну ручну завантаження дров чи вугілля. Система досить складна в монтажі і регулюванню. І ще один мінус, який поки що обмежує широке поширення подібних котлів – ненасичений на поточний момент ринок гранульованого палива, можуть виникнути певні проблеми з його придбанням. Перед установкою такого котла, щоб не витрачати чималі гроші даремно, слід гарантовано заручитися надійною постачанням пелет від їх виробника.

Відео: переваги пелетного котла з автоматичною подачею палива

Підіб’ємо підсумки

Отже, котли на твердому паливі рано списувати в розряд застарілою, неактуальною опалювальної техніки. Завдяки сучасним інноваційним технологіям вони отримали «друге дихання» і вільно конкурують з іншими типами котлів – газовими і електричними.

• Котли тривалого горіння мають солідний ККД доходить у деяких моделей до 90 – 95 %. Теплові втрати, завдяки продуманим процесів допалення піролізних газів і конструкції теплообмінників, зведені до мінімуму. По ефективності і економічності вони нітрохи не поступаються газовим.
• Викид від подібних котлів в атмосферу не становить загрози для навколишнього середовища, всі складові – водяні пари і вуглекислий газ, що легко засвоюються рослинами.
• Доступність палива та автономність, незалежність від наявності газових магістралей – одне з основних переваг подібної техніки. Немає необхідності в стомлюючих дозвільних процедурах при установці котла. У регіонах, де немає нестачі дров – це оптимальний варіативностінт для організації опалення будинку.
• Котли можуть мати вбудований другий контур для гарячого водопостачання будинку. Навіть якщо його немає, нескладно підключити до них бойлер непрямого нагріву.
• Котли тривалого горіння – досить невибагливі і прості в обслуговуванні. При правильній експлуатації вони розраховані на кілька десятиліть роботи.

Основними недоліками таких котлів можна вважати наступне:

• Яким би тривалим не був термін роботи від одного завантаження, все одно доведеться періодично втручатися в цей процесс для поповнення запасів палива до камери згоряння.
• На відміну від газових або електричних, обов’язковими профілактичним заходом є регулярне очищення котла від скопилася золи щоб уникнути її коксування на стінках камер.
• Під котел на твердому паливі обов’язково потрібно окреме приміщення з гарною вентиляцією і димарем. Ці прилади завжди – досить масивні, тому під них необхідно підготувати посилену майданчик.
• Необхідно додаткове місце для створення запасів твердого палива з обов’язковим дотриманням правил його зберігання. Такі котли досить чутливо реагують на рівень вологості дров. Вважається граничною величиною вологість до 20% — при її перевищенні можлива різка втрата ДОПД прибора.