Твердотопливный котел
Твердотопливный котел - отопительное устройство, выполненное из стали или чугуна, тепловую энергию которое выделяет в процессе горения твердого топлива. В бытовых моделях подача топлива осуществляется в ручном режиме, в промышленных моделях существует автоматическая подача топлива и извлечение продуктов сгорания. В качестве топлива для твердотопливных котлов можно использовать: уголь, дрова, топливные гранулы (пеллеты), торф.
Виды твердотопливных котлов:
- Традиционные твердотопливные котлы;
- Газогенераторные(пиролизные) дровяные котлы;
- Котлы длительного горения;
- Пеллетные котлы.
Традиционные твердотопливные котлы
Традиционные твердотопливные котлы по своей конструкции напоминают обычную печь с окном для подачи топлива, топочной и дымоходом. Топливом для традиционного твердотопливного котла может послужить как уголь, так и дерево. Производители указывают для котлов два вида топлива: основное и резервное. Основное топливо позволит использовать котел при большом КПД и с меньшим износом.
Так же как и обычная печь, твердотопливные котлы не смогут долго работать без регулярного обслуживания. Это обусловлено тем, что закладка такого вида топлива, как дрова или уголь, осуществляется до 3-4 раз в день, так же необходимо понимать, что при работе такого котла образуется зола, которую регулярно необходимо убирать.
Основным элементом традиционного твердотопливного котла является теплообменник, который обеспечивает передачу теплоносителю тепловой энергии. Считается, что срок службы котла зависит от срока службы теплообменника. Отсюда очевидно, что теплообменник должен быть изготовлен из долговечного материала.
Модельный ряд классических твердотопливных котлов представлен двумя видами: изготовленными из чугуна или стали. Однозначного ответа, какой материал лучше подходит для твердотопливного котла чугун или сталь, нет. Производители специализируются, как на чугунных, так и на стальных котлах.
Чугунный котел – представлен в виде секционной конструкции. Каждая секция может быть отделена друг от друга. Разборная конструкция удобнее при транспортировке, монтаже или обслуживание котла в случае его поломки или разгерметизации.
В процессе эксплуатации твердотопливного котла, чугун покрывается сухой ржавчиной, представляющей собой пленку оксида железа, это так называемая химическая коррозия. Как правило, сухая ржавчина не прогрессирует и влажной коррозии чугун подвергается значительно медленнее, чем сталь.
Чугунные теплообменники можно реже чистить - их КПД, даже вследствие появления нагара в процессе эксплуатации, снижается меньше. Так же тепловая инерционность чугунных котлов выше, они долго нагреваются, но с другой стороны и медленнее остывают.
Недостатком чугунного теплообменника является боязнь термического удара, если в неостывший чугунный теплообменник попадет холодная вода, он может треснуть. Поэтому следует избегать значительной разницы температур между подающей и обратной линиями.
Стальной котел – представляет собой цельный моноблок, который собирается и варится в заводских условиях.
Котлы, изготовленные из стали в меньшей степени подвержены разрушению от резкой смены температуры. Сталь
Однако не стоит забывать, что при больших и частых перепадах у стали, возможно, появление усталых зон и, как следствие, трещин в местах, ослабленных сваркой. Если стальной котел проржавел или поврежден отложениями солей жесткости, то ремонт, скорее всего, будет просто невозможен - получить сварку заводского качества в домашних условиях практически нереально. Фактически прогоревший стальной котел придется выбрасывать, тогда, как у чугунного котла поврежденную секцию мастер просто заменит.
Если посмотреть на схему традиционного твердотопливного котла, то очевидным плюсом является отсутствие электронных плат, автоматики и всевозможных систем управления, которые в первую очередь выходят из строя. Единственное устройство автоматизации - регулятор температуры, работает по механическому принципу, поэтому традиционный твердотопливный котел является не только достаточно универсальным, но и надежным, способным долгое время проработать без текущего ремонта.
Для твердотопливного котла необходима своевременная чистка котла. Без неё снижается производительность устройства и его перегрев, а, следовательно, и возможность преждевременного выхода из строя.
Пиролизные (газогенераторные) дровяные котлы
Пиролизные котлы – котлы данной модификации в качестве топлива используют древесину. Такой котел имеет более высокий КПД, а, следовательно, с меньшего объёма древесины можно получить больше тепловой энергии, чем при аналогичной работе традиционного котла.
В основе работы данного котла положен принцип пиролизного сжигания, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть – так называемый пиролизный газ и твердый остаток – древесный угол.
Пиролизный котел состоит из двух камер, расположенных одна над другой.
Верхняя камера представляет собой топливный бункер. В нее закладываются дрова, и здесь же происходит процесс горения, в результате которого выделяется газ. Благодаря процессу газификации, в топливном бункере происходит предварительное подсушивание дров, а также подогрев воздуха, направляемого в камеру сгорания.
Нижний отсек является камерой сгорания и зольником одновременно. Здесь происходит непосредственно процесс сжигание древесного газа и скапливается отработанный пепел. Между этими двумя камерами находится газифицирующая форсунка.
Этапы работы пиролизного котла:
1. Сушка - в верхней области камеры сгорания после воспламенения дрова полностью высушиваются, остающаяся влажность составляет приблизительно 20 % при 100 C до 200 C.
2. Дегазация - при температурах, начинающихся с 250 C в средней области, дрова начинают разлагаться в подобные газу компоненты - целлюлоза, смолы, и дегазация масел. Начиная с 500 C, связанный твердый углерод превращается в газ. Этот процесс называют пиролиз. Приблизительно 85 % веществ при сгорании дров превращаются в горючие газы, остальное остается древесным углем.
3. Сгорание - при температуре свыше 600 C горючие газы окисляются и воспламеняются и образуется горящий слой древесного угля. Приблизительно с 900 до 1000 C низкие температурные газы насыщаются углеродом и обеспечивают необходимую высокую температуру для разложения древесного угля.
Достоинства пиролизного котла:
- Полное сгорание топлива, экономичность горения, экономия топлива, более высокий уровень КПД;
- Регулируемый процесс горения, до 12 часов с одной закладкой;
- Процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу такого котла приблизительно в той же степени, что и работу газовых котлов;
- Применение данного типа котлов стимулирует к отказу от применения, не подсушенного топлива, что повышает эффективность хозяйствования;
- Возможность сжигания крупных (даже не колотых) дров.
Недостатки пиролизного котла:
- К недостаткам пиролизного котла можно отнести более высокую цену, по сравнению с традиционными твердотопливными котлами и как следствие при выборе того котла нужно оценивать его экономическую рентабельность и обоснованность использования;
- Зависимость от электроэнергии, что сужает применение данного вида котлов или потребует дополнительных вложений для приобретения генератора на жидком топливе, для поддержания работы котла в отсутствие подачи электроэнергии.
Котлы длительного горения (котел верхнего горения)
Котлы длительного горения (котел верхнего горения) – разновидность твердотопливного котла, в котором подача воздуха и процесс горения ограничиваются верхней частью топливного слоя. Такая схема позволяет загружать в топку одновременно значительное количество топлива, такие котлы характеризуются, как котлы длительного горения и требуют более редкого обслуживания.
Конструктивно котел длительного горения состоит из двух частей – один внутри другого, между которыми находится нагреваемая вода.
В цилиндрической топке котла горят дрова, стружки, опилки, брикеты, гранулы и уголь. Топка расположена сверху, поэтому интенсивно горят не все заложенные дрова, а только верхняя часть топки. Дрова, находящиеся в нижней части котла не нагреваются и «долго ждут своей очереди» для нагрева и горения.
Воздух распределяется таким образом, чтобы топливо слишком не разгорелось вглубь. Конденсат не образуется даже в начале растопки котла, смола на стенках котла не скапливается, так как нагревается меньшая поверхность. После сгорания слоя топлива воздухораспределитель постепенно опускается вниз и всегда держится на горящем топливе, а именно, в центре горения.
Таким образом, твердотопливный котел длительного горения оптимально и максимально экономично расходует топливо, позволяя достичь высоких показателей КПД.
Достоинства твердотопливных котлов длительного горения:
- Длительный период горения без дозакладки топлива позволяет работать котлу в автономном режиме;
- Высокий КПД;
- Возможность работы некоторых моделей работать без электроэнергии.
Недостатки твердотопливных котлов длительного горения:
- Относительно высокая стоимость по сравнению с традиционными твердотопливными котлами;
- Большинство котлов данной модификации зависимы от потребления электроэнергии;
- Сложные рекомендации по загрузке топливом, повышенные требования к влажности и размерам кусков топлива;
- Сложность разжигания при неполной загрузке (топка очень глубокая);
- Нельзя догружать на ходу мелкое топливо типа опилок;
- Для котлов данной модификации не развита сеть по их обслуживанию и ремонту;
- Требуют большего пространства для монтажа по сравнению с традиционным твердотопливным котлом.
Пеллетные котлы
Пеллетный котел – это твердотопливный котел, который в качестве топлива использует древесные топливные гранулы. Древесные гранулы изготавливаются из древесных отходов: стружек, опилок и прочих остатков от деревообрабатывающей промышленности.
По своей сути пеллетный котел мало, чем отличается от традиционного твердотопливного котла, в котором происходит сжигание древесины. Основное отличие заключается в том, что пеллетный котел кроме топочной камеры, снабжен специальным бункером и автоматикой для подачи топлива.
Минимальный комплект оборудования котла работающего на пеллетах, включает в себя котел, оборудованный горелкой для сжигания пеллет и бункером. После подключения к системе отопления и электроснабжения и загрузки бункера топливом (пеллетами) такая котельная сможет в течение длительного времени работать без участия человека, в зависимости от конструкции, от одного дня до нескольких месяцев.
Преимущества пеллетного котла:
- Большие интервалы между загрузками топлива;
- Довольно высокий КПД;
- Широкий диапазон регулировок;
- Топливо упаковано в удобные полиэтиленовые пакеты.
Недостатки пеллетного котла:
- Высокая стоимость котлов;
- Необходимо наличие топлива, в том регионе, где будет использоваться котел;
- Твердотопливные пеллетные котлы зависимы от потребления электроэнергии.
