Современные котлы на твердом топливе. Агрегаты с ручной загрузкой. Что лучше приобрести, что надежней
Качественный угольный котёл
Потребность современного человека в комфортном тепле неистребима. Поэтому отсутствие привычных способов его получения - центрального отопления, магистрального газа, достаточных и надежных мощностей электрической энергии - послужило толчком для возвращения к дедовскому печному отоплению и его совершенствованию. Нашлись умные головы, которые создали современные твердотопливные котлы длительного горения. Потребители этого оборудования, как выяснилось, уже давно стояли за ним в очереди, ожидая его появления.
Немного о твердотопливных котлах длительного горения
Когда для устройства отопления загородного или частного дома не остается ничего, кроме приобретения и установки котла длительного горения на твердом топливе, не исключено, что это впоследствии послужит поводом порадоваться такому стечению обстоятельств. Потому что использование современных котлов, работающих по такому принципу, является наиболее эффективным и простым вариантом создания городского комфорта, но в условиях частного дома.
Причины этого заключаются в том, что твердое топливо (уголь, дрова, пеллеты) значительно дешевле сжиженного газа, дизтоплива и электричества, а приобрести его гораздо проще. Оснащение актуальной автоматикой для отопительной системы и снабжения горячей водой обеспечит уют и комфорт в доме на том же уровне, что и при применении газовых агрегатов. Поэтому котлы долгого горения можно смело назвать современным источником тепла частных домов.
Виды котлов
Такие котлы делятся на несколько групп. Они различаются по типу применяемого топлива (гранулы, уголь, дрова, торф), способу его подачи (автоматическая загрузка или ручная) и по конструкции, определяющей метод и соответствующее время горения.
Агрегаты с ручной загрузкой
Они, в свою очередь, различны по способу сжигания топлива:
- Котлы долгого горения циклического типа. В этих агрегатах используется запатентованный способ верхнего горения топлива. Оно происходит не как обычно снизу вверх, а наоборот - сверху и вниз. Область горения по мере сжигания топлива перемещается ниже. Автоматическая телескопическая система подачи воздуха доставляет его в зону горения. Конструктивное решение этих котлов достаточно оригинальное, простое и надежное.
Признанные лидеры среди подобных агрегатов - литовские Stropuva. Это одноконтурные котлы, длительность работы которых от единичной закладки топлива может достигать на дровах 70 часов, а на угле 7 суток.
- Пиролизные (газогенераторные) котлы. Режим длительного горения в этих устройствах достигается за счет особого, пиролизного, метода сжигания древесного газа. Газ выделяется из дров в условиях высокой температуры и недостатка кислорода. Такой способ сжигания позволяет избежать образования сажи, дает минимальное остаточное количество золы и обеспечивает почти полное сгорание топлива. Время работы такого котла от единичной закладки дров составляет 8-10 часов - это меньше, чем у литовского Стропувы, в 7 раз. Но пиролизные котлы обладают рядом преимуществ. Наиболее популярная марка - чешский DAKON KP PYRO.
Пеллетные котлы с автоматической подачей топлива
Виды котлов длительного горения
В таких агрегатах длительное горение без вмешательства человека достигается благодаря использованию пеллет - гранулированного топлива. Эти биогранулы засыпают в бункер. А подача их в зону горения осуществляется по мере необходимости автоматически, что в сочетании с автоподжигом и регулировкой температуры дает возможность получать максимально автоматизированный процесс обогрева. В результате к котлу можно не подходить неделями.
Пеллеты производят из отходов, которые мелко измельчают и прессуют. Их источниками служат стружки, опилки и тому подобное, скорлупа орехов, лузга семечек, косточки, жмых и так далее. При необходимости, когда пеллеты отсутствуют, можно топить подобные котлы углем и дровами. Пеллетные устройства получили достаточно широкое применение и их, как правило, выделяют в самостоятельный вид.
Причины популярности котлов на твердом топливе
Современная Европа уделяет много внимания и средств защите окружающей среды, заботе об экологии, энергосбережению и экономии при получении тепловой энергии. Это неразрывно связано со все более частым обращением к новым способам ее вырабатывания. А также к существовавшим ранее, имеющим экономическую выгоду и экологичность, несмотря на их меньшую популярность.
В связи с этим в последние годы наблюдается рост использования систем отопления, работающих на твердом топливе. В условиях, когда невозможно отапливаться магистральным газом, именно такие системы обеспечат дом комфортом, теплом и уютом. К тому же стоимость подобного отопления оказывается сравнительно небольшой.
Современный интерес к издревле известному способу обогрева твердым топливом связан с тем, что этот метод претерпел значительные технические усовершенствования. Старые печки требовали постоянного присмотра и регулярной, раз в несколько часов, подпитки дровами или углем. На смену им пришли новые и порой неординарные современные решения. Природного газа в Европе и сейчас очень мало, а скоро наступит момент, когда он вовсе закончится - все это понимают. Поставляемый извне – очень дорогое удовольствие, да и он не бесконечен. Вот почему для европейских стран развитие отопительных систем на твердом топливе для обогрева малоэтажных зданий является перспективным направлением наряду с возобновляемыми источниками энергии.
Для человека XXI века, избалованного благами технического прогресса и цивилизации, отопление на основе твердотопливных устройств последнего поколения, безусловно, является приемлемым решением. Казавшееся сравнительно недавно бесперспективным направление получило вторую жизнь благодаря новым технологиям. Инновационные решения, появившиеся в последнее время, несомненно, заслуживают интереса и продвижения.
Преимущества твердотопливных агрегатов
Котлы угольно-дровяные газифицирующие
- Современные твердотопливные котлы - это сочетание лучших инновационных технических решений.
- Газ есть далеко не везде, и расширять область его доступного применения особо не торопятся. Современному бизнесу, владеющему российскими природными ресурсами, гораздо выгоднее продавать газ за пределы нашей страны, чем отапливать им соотечественников. А твердое топливо доступно везде и стоит недорого.
- Твердым топливом обогревать жилище значительно дешевле, чем электричеством или дизельным.
- Не требуется постоянный контроль над режимом горения - не нужно следить за температурой, подбрасывать топливо и регулировать подачу воздуха. Все современные агрегаты в той или иной степени автоматизированы. Процесс горения без вмешательства человека может продолжаться неделями, поэтому такие котлы и называют устройствами длительного горения.
Энергозависимость
Практически все устройства длительного горения зависят от электрической энергии. Непосредственно сами котлы (большинство моделей) не нуждаются в электропитании, например, дровяные Стропува. Но для оптимальной работы отопительной системы и котла необходимо функционирование электрического циркуляционного насоса.
При самотечном (гравитационном) отоплении без принудительной циркуляции теплоносителя система теряет в экономичности и эффективности. Кроме того, она будет забиваться сажей, и потечет конденсат, что, в конце концов, закончится преждевременным выходом котла из строя. На случаи перебоев с электроэнергией необходимо предусмотреть источник резервного бесперебойного питания – к примеру, аккумулятор с преобразователем.
Идеальные условия для работы
Привязка котла Альтеп
Чтобы котел отопления на твердом топливе прослужил положенный ему срок и принес ожидаемую пользу, требуется:
- Наличие котельной. Это не помещение, а комплекс оборудования, который обеспечит оптимальную работу агрегата во всех режимах его эксплуатации – во время запуска, в процессе отопления и в момент остановки. Каждому виду котла требуется свое оборудование, но общим является оснащенность циркуляционным насосом, расширительным баком, гребенкой и группой смешивания.
- Правильно рассчитанный и выполненный дымоход. Избыточная или недостаточная тяга пагубна для котла.
- Правильно организованная система отопления - радиаторы и трубы.
- Желательно наличие бойлера горячего водоснабжения.
Грамотный монтаж отопительной системы обеспечит ее долгую и безотказную службу.
Российские устройства
Российские производители стремятся к постоянному совершенствованию своих разработок, внесению чего-то нового, что будет интересно и привлечет потенциальных потребителей. Соответственно, российские твердотопливные котлы представлены многими компаниями и широким модельным рядом.
«Апельсины»
Самые популярные агрегаты выпускает НКЦ Бийскэнергопроект. За ярко-оранжевый окрас их называют «апельсинами». Большинство моделей - это котлы, работающие на пеллетах. Как и все пеллетные агрегаты, «Апельсин» оборудован электронным управлением, принудительной вентиляцией и автоматизированной загрузкой топлива.
При всей технической сложности устройство получилось максимально простым в эксплуатации и долговечным. Требования к качеству топлива минимальны и основаны на текущем состоянии производства отечественных пеллет.
Котельное оснащение представлено большим дисплеем, отображающим состояние котла и заданную программу работы. Посредством встроенной электроники котел настраивают на длительную работу без вмешательства человека, когда температура поддерживается с отклонением в несколько градусов.
«Старт»
Твердотопливные отопительные котлы «СТАРТ»
Следующими идут котлы «Старт», изначально разработанные под пеллетное топливо, но работающие также на опилках, щепе и даже мелком угле. Такая универсальность появилась после модернизации, заключающейся во внедрении горизонтальной подачи топлива в камеру сгорания.
«Старт» легко можно переоснастить под обычные дрова - достаточно смонтировать в топке решетку из колосников. При этом имеющиеся элементы пеллетной оснастки демонтировать не нужно.
«Слоны»
Это мощные с широким модельным рядом котлы. Они оснащены горизонтальной топкой с жаротрубным теплообменником.
Используют подобные агрегаты любое твердое топливо, а их КПД доходит до 95-97%. Средняя мощность промышленных «Слонов» достигает 650-700 кВт, а бытовых - от 3 до 120 кВт.
Заключение
За городом можно жить, наслаждаясь всеми удобствами, присущими городскому комфорту, даже когда нет магистрального газа, и есть всего лишь малая выделенная мощность по электрической энергии. Главное - суметь правильно распорядиться тем, что имеешь. Это позволяют реализовать современные , которые обеспечат теплом и горячей водой практически в любом месте проживания.
Чаще всего используются газовые или электрические котлы. Однако магистральный газ проведен не везде, а цена электроэнергии не маленькая и регулярно повышается. Кроме того, во многих отдаленных населенных пунктах нередки перебои с поставками электричества, что опасно полным отключением отопления в доме.
Понятно, что никому не хочется остаться без тепла в лютый мороз, поэтому многие домовладельцы отдают предпочтение проверенным традиционным печкам, работающим на дровах и угле, или их более усовершенствованному варианту - современным котлам на твердом топливе. Такое оборудование обеспечивает максимальный комфорт проживания в загородном доме и не зависит от поставок электроэнергии. В качестве топлива в таких котлах могут использоваться:
Твердотопливные котлы отличаются надежностью, но требуют к себе постоянного внимания: нужно время от времени закладывать в них топливо, а также очищать от образующихся сажи и золы.
Виды котлов на твердом топливе
Твердотопливный котел отопления может быть изготовлен из стали или чугуна. В зависимости от этого, оборудование будет иметь различные характеристики.
Свойства | ||
Долговечность | Котлы из чугуна более долговечны и отличаются повышенной теплоотдачей. Однако есть у них и недостаток - хрупкость конструкции, которая особенно ярко проявляется при перегреве. Поэтому так важно следить за уровнем воды в отопительной системе. | Котлы из стали по прочности превосходят чугунные, но тоже имеют существенный недостаток - подверженность коррозийным процессам при постоянном контакте с водой. |
Конструкция | Чтобы охладить чугунный котел отопления, необходимо наполнить систему свежей прохладной водой. | Змеевик расположен внутри котла. Если температура превышает предельное значение, открывается специальный термостатический кран, и холодная вода наполняет емкость. |
Сборка | Сборка ручная. Различные части теплообменника внутри корпуса надежно соединены стальными шпильками. | Корпус сварной. При очень сильном нагреве прибора сварные швы могут пострадать. |
Дверца топки | Установлена теплоизолирующая прокладка, которая не позволяет дверце сильно нагреваться. | Имеется охлаждающий водный элемент на дверце топки. |
Чистка | Очистка чугунных котлов осуществляется вручную. | Имеются специальные поворотные заслонки. |
По типу обогрева помещения твердотопливные котлы делятся на водяные и воздушные. Водогрейные устройства более популярны, к ним присоединяется трубопровод отопления, по которому циркулирует вода. Именно вода в этом случае передает тепло воздуху дома. Воздушные котлы на твердом топливе работают как обычная печка, окружающее пространство нагревается непосредственно от корпуса устройства.
В продаже можно встретить твердотопливные котлы с одним или двумя нагревательными контурами. Один контур используется для отопления помещений частного дома, второй предназначен для приготовления горячей воды для бытовых и хозяйственных нужд. При этом горячее водоснабжение можно организовать и с помощью одноконтурного устройства. Для этого в систему отопления дополнительно врезается накопительный бойлер косвенного нагрева, который может перекрываться, если в горячей воде нет необходимости. Такая схема требует дополнительных расходов на покупку и монтаж накопительного бойлера.
Двухконтурные твердотопливные котлы - наиболее удобные и практичные устройства отопления. Они позволяют и обогреть дом, и организовать систему ГВС. Летом, когда необходимость отопления отсутствует, его можно просто отключить, и котел на минимальной мощности будет работать только на подогрев воды.
По принципу работы котлы на твердом топливе подразделяются на классические и газогенераторные. В классических устройствах теплоноситель нагревается от сгорания топлива, а продукты горения отводятся с помощью дымохода. Газогенераторные (или пиролизные) котлы для нагрева теплоносителя используют энергию сгорания не только топлива, но и образующегося в результате этого газа, что значительно увеличивает КПД агрегата.
Принцип устройства твердотопливного газогенераторного котла следующий: в его корпусе есть две камеры, в одну из них закладывают топливо, при сгорании которого выделяется газ, который тоже сгорает, но уже в другой камере. Такие котлы имеют массу достоинств:
Более высокий КПД по сравнению с обычными устройствами. | Дополнительная сушка дров или прессованного топлива. | При работе котла образуется меньше сажи и копоти , благодаря чему прибор можно чистить реже. | Выделение вредных веществ в окружающую среду незначительное . | Вентилятор , встроенный в систему, облегчает запуск котла и препятствует задымлению помещения котельной. |
Цена отопительного котла на твердом топливе зависит от его мощность и производителя.
Современные автоматизированные твердотопливные котлы имеют специальный бункер для топлива, который позволяет его загрузить и использовать в течение нескольких дней. При этом подача топлива в топку осуществляется в автоматическом режиме. Такой котел не требует закладки топлива каждый день, что значительно упрощает его эксплуатацию.
Средний срок службы твердотопливного котла - десять лет. Однако, при соблюдении правил эксплуатации и своевременном обслуживании он может исправно функционировать и тридцать лет.
Варианты подключения твердотопливных котлов
Существуют различные способы использования твердотопливных котлов. Они могут служить как основным отопительным устройством, так и резервным источником тепла. Такой агрегат легко комбинируется с электрическим отопительным котлом. Например, электроприбор можно включать весной и осенью, когда температура за окном не очень низкая. А твердотопливное устройство будет просто незаменимо зимой, особенно в сильные холод, когда окажется востребована вся его мощность. Это позволит немного сэкономить на приобретении топлива.
Современные твердотопливные котлы
Твердотопливный котел также может служить резервным источником тепла в паре с основным, работающим на жидком топливе или электричестве. В случае возникновения нештатной ситуации его можно быстро запустить.
Правила установки твердотопливных котлов
Монтаж отопительного котла на твердом топливе надежнее всего поручить специалисту. Он не только все сделает правильно, но и даст гарантию на свою работу. Но можно это сделать и своими руками, соблюдая ряд правил:
Расстояние от стенок котла до стен и других предметов не должно быть меньше двадцати сантиметров. | |
Под основание котла необходимо положить негорючую подставку. | |
Длина выводного канала от котла до дымохода не должна быть больше одного метра. | |
Присоединять к котлу трубы отопления следует очень надежно и внимательно, так как при утечке теплоносителя возникает опасность поломки котла. |
Использование котлов на твердом топливе позволяет создать в доме атмосферу тепла и уюта при условии правильной эксплуатации и своевременном техническом обслуживании.
Интересный факт, - ни один крупный авторитетный производитель отопительного оборудования не выпускает так называемые котлы длительного горения – большие бочки, в которых дрова горят сверху вниз. Такие котлы делаются лишь мелкими фирмами в странах СНГ и Прибалтики и сопровождаются агрессивной рекламой. Правда, в торговых точках котлом длительного горения могут обозвать все что угодно, лишь бы продать, ….
Пиролизные котлы тоже существенно потеряли в спросе и в предложении. У них имеются большие недостатки при их большой цене – это вовсе не то, что нравится покупателю.
Рассмотрим, почему котлы длительного горения и пиролизные не могут рассматриваться как кандидаты при выборе котла для дома. Затем обратим внимание на современные модели твердотопливных котлов, которые предлагаются сейчас в продаже, и какой из них стоит выбрать.
Пиролизные с недостатками
Продажа пиролизных котлов зиждется только на рекламе, – как будто КПД у них очень большой (обман), как будто золы не остается (а куда она девается? – рассмотрим далее), гореть могут долго (а удобно ли это?)…- Насчет КПД сразу становится все ясно, стоит только взглянуть на температуру исходящих газов. Она не меньше по сравнению с обычными котлами.
- Зола – данность любого топлива, не может исчезнуть по волшебству, она сдувается вентилятором и уносится в трубу, затем оседает сверху на дом, на припаркованный автомобиль, на землю…
- Дрова, выделяющие смолу (хвойные, береза), применяться не могут – засмаливают бочку. А чем же топить?
- Можно топить сырыми дровами? Любой котел можно топить сырыми дровами. Топить то можно, только вот энергии будет в 2 раза меньше. Дрова нужно приобретать только сухие или сушить их перед топкой, чтобы энергия не тратилась на создание пара…
Чтобы устранить недостаток производители прямо требуют устанавливать пиролизный котел в паре с буферной емкостью. Но сам котел имеет пятикратную цену, буферная емкость весьма не дешевая, - за что же такие переплаты?
Длительного горения
Еще проще ситуация с так называемыми котлами длительного горения – где несоответствие энергопотребления дома с энергоотдачей котла весьма существенное. Точнее котел подходит для обогрева только в хорошие морозы.Им нельзя протопить немного – что требуется постоянно в межсезонье, там горит только большая закладка дров. А основное время топить им комфортно можно … только с буферной емкостью.
Что популярно
Как происходит развитие твердотопливного отопления в странах Европы? Что представлено на выставках отопительного оборудования ведущими производителями?Твердотопливные колы вовсе не уходят с рынка в пользу газовым в Европе. Они преобразуются в автоматизированные системы.
Как можно автоматизировать котел на твердом топливе?
Применяется шнековая загрузка с бункера и мелкофракционное топливо. Все больше котлов приспосабливаются под щепу и опилки, так как имеется много древесных отходов, которые можно сжигать.
Кроме того, такое топливо не дорого подготовить из любой древесины. Применяются также пеллеты и уголь одной фракции (кусочки одинакового размера). Процесс горения и подачи топлива полностью контролирует электроника.
Правда готовая котельная для частного дома на основе такого котла, от ведущего европейского производителя будет стоить порядка 25 000$. Т.е. для широкого применения у нас ни как не подходит.
Прежде чем рассматривать, а что же подходит у нас, обратим внимание на основную тенденцию в развитии отопления на твердом топливе.
Какие параметры должны быть у твердотопливного отопления
Сейчас в странах Европы принимаются государственные стандарты, согласно которым запрещено использовать твердотопливные котлы (не бункерные, не автоматизированные) без буферной теплоаккумулирующей емкости. И такой закон принят уже в Германии.Зачем он нужен?
Это правило вводится для того, чтобы твердотопливный котел всегда работал в оптимальном режиме – с максимальным КПД и производил бы меньше всего СО (угарного газа). Для этого необходима подача воздуха без ограничений – горение с избытком кислорода. Тогда котел работает не только с лучшим КПД, но и на максимальной мощности, топливо сгорает быстро.
Выделяется большое количество энергии от одной топки, которая должна аккумулироваться буферной емкостью и затем понемногу забираться системой отопления дома, что организовать совсем не сложно.
Если делать процесс горения с недостатком кислорода (прикрытой заслонкой), растягивая во времени отдачу тепла, то КПД любого котла уменьшается, а количество СО увеличивается.
Таким образом, новые законы Европы направлены на сбережение топлива, обязуют организовать работу техники с максимальным КПД, а также обеспечивают охрану окружающей среды.
Кстати, в развитых странах вводятся и другие нормы на отопительное оборудование, в частности, обязательным становится применение конденсационного оборудования. – читайте статьи об отоплении.
Что лучше приобрести, что надежней
Исходя из опыта эксплуатации твердотопливных котлов, и тенденций развития этой отрасли во всем мире, можно сделать вывод о том, что система отопления в частном доме может основываться на следующих принципах.- Обеспечивается максимальная подача кислорода, но топливо подается малыми порциями – столько сколько нужно энергии. Тогда дом может постоянно получать энергию понемногу.
Такое возможно только с дорогим автоматизированным котлом на мелком топливе с бункером. У нас такие котлы еще называют пеллетными. Но есть модификации на угле и на мелких дровах (стружке). Удовольствие не дешевое, но что делать…
- Топка ведется большими порциями с ежедневной ручной подачей топлива в котел. При этом может использоваться обычный современный котел, но повышенной мощности (в 2 раза от требуемой).
В систему необходимо включить буферную емкость – тепловой аккумулятор. Это намного упростит процесс управления котлом для пользования, обеспечит нормы выброса СО, увеличит КПД и сэкономит топливо.
Этот вариант, скорее всего подойдет для массового применения, ввиду того, что неподготовленное топливо (любые крупные сухие дрова и уголь) значительно дешевле.
Выбор по производителю
Цена на добротный простой твердотопливный котел от известного европейского производителя составляет больше 100 тыс. руб., а скорее стремиться к 200 тыс. руб. Аналогичной мощности котел хорошего российского производителя обойдется 50 - 60 тыс руб. – в 3 раза дешевле.Последние несколько лет качество котлов российского производства весьма значительно улучшилось. Начали выпускаться твердотопливные котлы с длинными ходами для движения газов, (есть модели с вертикальными и горизонтальными ходами), а это увеличивает КПД.
Также освоена технология подачи дополнительного воздуха для дожига газов, при наличии в них СО. Применяется и вентиляторы для регулирования подачи воздуха и электроника контролирующая оптимальность процесса сжигания топлива.
Нужно просто внимательней приглядеться к известным отечественным производителям. Обычный твердотопливный котел в паре с буферной емкостью обеспечит дом теплом.
Но нашими производителями выпускаются также и неплохие пеллетные котлы. Их оптимально применять в больших домах – 400 – 800 м кв., тогда повышенная стоимость самого котла, а также топлива, не так сильно сказываются на фоне всего оборудования.
Еще вопрос, который возникает чаще других –
Спектр потребления твердотопливных котлов длительного горения достаточно широк. Их применяют как в частных домах, так и на больших предприятиях, в школах, больницах.
Особенно выгодно использовать подобные котлы предприятиям, которые занимаются обработкой древесины, так как её так же можно использовать в виде топлива. Это помогает не только утилизировать производственные отходы, а ещё и хорошо сэкономить на отоплении.
Конструкция
В основном котлы длительного горения не предназначаются для нагрева воды, то есть по преимуществу являются одноконтурными . Используются они в системах с принудительной циркуляцией воды. Если даже нагрев воды и осуществляется, то температуры нагретой воды составит не более 80 градусов. Оборудование оснащается блоком управления, который дает возможность регулировать производительность и интенсивность отопления помещения. Если же произошла аварийная ситуация, устройство просигнализирует об этом.
Преимущества твердотопливных котлов
Среди основных преимуществ твердотопливных котлов длительного горения можно отметить следующие:
- доступная цена на устройство и топливо;
- простота в обслуживании;
- возможность использования различных видов топлива;
- автономность;
- высокий КПД;
- экологичность;
- безопасность;
- интуитивное управление.
Недостатки
Отопление индивидуального дома твердотопливным котлом, особенно на автоматике, не требует особых временных затрат на обслуживание котла. Достаточным будет один раз в несколько часов (а возможно, и дней) сделать закладку топливо.
К недостаткам можно, пожалуй, отнести то, что весь процесс отапливания - это своеобразный замкнутый круг: погрузка топлива, разжигание, горение, затухание, чистка. А также отметим и то, что многие модели довльно-таки чувствительны к качеству топлива и практически не имеют регуляторов температуры.
Благодаря тому, что за последние годы твердотопливные котлы прошли множество этапов совершенства, они стали довольно эффективными и очень экономными, что и послужило причиной прироста их популярности. Появились так же и автоматические твердотопливные котлы длительно горения. Нынешние аппараты могут проработать при одной загрузке от 3-4 часов до полутора суток. Так же изменился и диаметр используемых дров. Теперь можно загружать дрова размером до 1-го метра в длину и до 20-ти сантиметров в диаметре. Столь большой размер дров экономит временные и финансовые затраты при их заготовке.
Чтобы более точно понять, с чем мы имеем дело, приведём технические характеристики одного из твердотопливных котлов — КТ-2Е (пр-во Украина):
- мощность — 25 kW;
- отапливаемая площадь — 250 кв.м;
- вместимость топлива — 56 кг;
- объем загрузочной камеры — 62 куб.м;
- длина дров — 46 см;
- срок горения на 1-й закладке — в диапазоне 8-46 часов (в зависимости от типа топлива);
- КПД — 83%;
- воды в котле — 117 л;
- давление воды — не более 3 бар;
- диаметр дымохода — 170х170 мм;
- параметры загрузочного проема — 230х370 мм.
Принцип работы котла длительного горения
Котлы на твердом топливе состоят из следующих элементов:
- топливного бункера;
- теплообменника;
- дымососа;
- камеры сгорания;
- вентилятора.
На основе твердотопливных котлов монтируют системы отопления в загородных домах и на дачах
Внутрь топливного бункера закладывается твердое топливо. Разжигаем его. Высокая температура и ограниченность кислорода вызывают выделение пиролизного газа. Образованный газ через керамические форсунки проходит в камеру сгорания котла, при этом он соединяется с вторичным воздухом. В камере он полностью сгорает, при этом выделяя СО2. Горячие газы, вышедшие с камеры сгорания, переходят в теплообменник, а после в дымоход. В то же время вентилятор делает воздушный поток, который обдувает теплообменник. Потом нагретый воздух проходит в решетки, находящиеся внутри теплогенератора или по системе вентиляционных каналов подключенной к нему.
По такой схеме происходит воздушное отопление здания. При помощи электронного блока температура воздуха при выходе регулируется в пределах 40-120 град. С. В среднем на одной загрузке теплогенератор может проработать 5-8 часов, но эти данные могут весомо отличаться, в зависимости от производителя. Нужно помнить, что для того что бы сохранить стенки камеры сгорания, не рекомендуется допускать котел к работе в критичном режиме, когда температура превышает 120 град. С.
Виды твердотопливных котлов (классификация)
Твердотопливные котлы в роли топлива способны использовать достаточно разнообразные вещества. По типам топлива они классифицируются на:
- использующие уголь - подходит уголь любого класса и фракции. Использовать нужно уголь с калорийностью до 7000 кКал на 1 кг. Сжигая 1 кг угля калорийностью в 7000 кКал, на выходе получают 8,14 кВт/час, а данный показатель близок тому, что выдает природный газ.
- использующие дрова - подходят деревья любых пород (дуб, береза, ольха, клен, ясень). Так же стоит обращать внимание на калорийность, ведь чем она больше, тем дольше будут гореть дрова. Для горения рекомендована древесина с влажностью не более 20%.
- использующие пеллеты - можно сжигать любые пеллеты (древесную, из подсолнечной лузги, соломенную). Это наиболее выгодный вариант топлива. Пеллетам свойственна большая калорийность и малая зольность. Оборудование работающие на пеллетах, в наше время одно из наиболее популярных благодаря своим преимуществам.
- пиролизные - используют древесину, молекулярно разлагая её при горении на высоких температурах. Древесина перед использованием должна высушиваться в сухом месте не менее года.
- универсальные - работают абсолютно на всех возможных видах топлива.
Помимо того, на каком топливе они работают котлы длительного горения можно поделить на те у которых ручная загрузка и автоматическая подача при помощи шнека или поршня.
Твердотопливные котлы, в частности, на дровах - исторически наиболее старые из использовавшихся в системах отопления. Прежде всего, это объясняется доступностью древесины в качестве топлива во все времена и на многих территориях. Сегодня это преимущество подкрепляется независимостью твердотопливных котлов от подводки магистрального газа, а также простотой обустройства хранилища топлива (дровника, бункера для угля и др.). Существует также еще целый ряд факторов, влияющих на широкое использование твердотопливных котлов в качестве теплогенератора, альтернативного газовым агрегатам.
Подписаться на статьи можно на
В то же время о твердотопливных котлах закрепилось мнение как о малоэффективных теплогенераторах, характеризующихся низким КПД и вдобавок требующих много внимания и хлопот при эксплуатации - загрузка топлива, ручной розжиг, визуальное отслеживание процесса горения (а иногда и ручного управления им), очистка зольника. Однако современные технологии сжигания в котельных топках древесного топлива настолько шагнули вперед, что многое из вышеизложенного, а в какой-то мере и все, можно уже отнести к разряду напрасных предубеждений.
Преимущества и недостатки топлива
Древесное топливо в странах ЕС относится к разряду биотоплива, которое в свою очередь рассматривается как один из возобновляемых источников энергии. Это уже немаловажное преимущество, позволяющее сохранять природные энергетические ресурсы.
Стоимость древесного топлива с учетом теплотворности выше, чем у природного газа, но значительно ниже, чем у дизельного топлива (примерно в 1,5 раза) и электричества (примерно в 2,5 раза для системы отопления с электрокотлом и в 3,5 раза для системы прямого электрического отопления).
Выше уже отмечалось, что хранилище для угля или древесного топлива обустроить не сложно. Более того, это не требует согласований с контролирующими организациями, необходимых при устройстве хранилища дизельного топлива, сжиженного газа или подключения к магистральному газу.
Недостатки твердого топлива, прежде всего, связаны с особенностями его сжигания. Рассмотрим этот процесс на примере древесины как наиболее распространенного твердого топлива в бытовой сфере.
Целлюлоза - основное вещество, из которого состоит древесина, уравнение реакции (1) ее полного сгорания (окисления кислородом) до образования конечных продуктов (углекислого газа и паров воды) выглядит так:
(С6Н10О5)n + 6n О2 -----> 6n CO2 + 5n H2O, (1)
где n - число мономеров в цепочке целлюлозы, участвующих в реакции.
Для начала этой реакции необходимо нагреть целлюлозу, а значит и древесное топливо, помещенное в топку котла, до определенной температуры. Источником тепла может послужить как открытый огонь (при ручном розжиге) - горящий участок полена, щепки, брикета, так и электрический термоэлемент. При достижении температуры около 150 °С происходит постепенное обугливание дерева с образованием самовоспламеняющегося угля. При 300 °С начинается процесс активного термического разложения древесины, при котором из обуглившегося слоя выделяется белый или бурый дым. Он состоит из продуктов термического разложения древесины и пара. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов, температура вспышки которых лежит в пределах 250-300 °С. Воспламенение древесины происходит при температуре, превышающей 450-470 °С.
Большое значение для начала горения имеют плотность материала и его влажность. Так, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная - бука или дуба. Мокрая древесина труднее, потому что вначале необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее быстрее охлаждается.
Необходимое условие любого горения - доступ кислорода к топливу. В современных газовых котлах кислород и газовое топливо легко смешиваются на выходе из сопел форсунок горелки или туда подается уже смесь топлива с воздухом - премиксные горелки, использующиеся и для сжигания жидкого топлива. По мере сгорания древесного топлива обеспечивать в необходимом количестве доступ кислорода к участкам целлюлозы, еще не вступившим в реакцию, несколько сложнее. Постоянно образуется зола из минеральных примесей (в дровах от 0,5 до 2 %), входящих наряду с водой и целлюлозой в состав древесины. Золу необходимо удалять из зоны горения.
Важным фактором для поддержания горения древесины и любого топлива вообще является концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения. В случае с твердым топливом этот процесс также регулировать сложнее, чем с газовым или жидким.
Все это очень осложняет автоматическое регулирование процесса сжигания древесины, не говоря уж о том, что загрузку дров можно осуществлять только вручную. Однако усовершенствование твердотополивных топок и современные технологии сжигания и предварительной обработки твердого топлива позволяют преодолевать все эти недостатки, порой даже превращая их в преимущества.
Твердотопливные традиции
В традиционном твердотопливном котле (рис. 2)топливо сжигается в топке на колоснике, зола скапливается в зольнике, дымовые газы отводятся по дымовому каналу, как правило, под естественным разряжением. Полученная в процессе сжигания топлива теплота передается в систему отопления через теплообменник. Теплоносителем в такой системе отопления чаще всего является вода.
Рис. 2. Традиционный твердотопливный котел с верхней загрузкой (схема)
Современный твердотопливный котел на одной порции загруженного топлива способен проработать несколько часов. Некоторые модели работают до 10 ч. Происходит это потому, что в котлах применяется принцип нижнего горения, при котором воздух подается и снизу, и с боков к топливу. Это повышает КПД и делает процесс горения более плавным.
Кроме того, в современных котлах пользователь может самостоятельно регулировать мощность для поддержания необходимой температуры. Для этого следует повернуть и установить головку терморегулятора на необходимое значение температуры котловой воды, при этом с помощью стальной цепочки приподнимется или опустится заслонка, через которую поступает воздух для сгорания, увеличивая или уменьшая тем самым тягу и, соответственно, скорость сгорания и мощность.
В традиционных стальных котлах применяются стальные или чугунные теплообменники. От того, из какого материала выполнен теплообменник котла, зависят особенности его конструкции и возможности эксплуатации.
В топку котлов со стальными теплообменниками загрузка топлива обычно выполняется сверху, через откидывающуюся крышку. Благодаря этому, их не только удобнее загружать, но и чистить. Эти котлы дешевле моделей с чугунным теплообменником, но срок их службы несколько меньше, и характеризуются они меньшей стойкостью к выпадению агрессивного конденсата. Чтобы не происходило выпадения конденсата, температуру в топке и отводящихся газов надо поддерживать выше точки росы - не ниже 65 °С.
Чугун более стоек к действию конденсата, поэтому котлы с чугунным теплообменником могут эксплуатироваться и при более низких температурах. Загрузка в таких котлах фронтальная.
По виду используемого топлива традиционные твердотопливные котлы разделяются на «дровяные» и «универсальные» или «всеядные». В топках дровяных котлов сжигается исключительно древесное топливо, хотя это могут быть не только дрова, но и древесные отходы - щепа, обрезки пиломатериалов и пр. с влажностью не более 30 %. Сжигание в них угля может привести к «прогоранию» стального котла.
В топках универсальных котлов можно сжигать и уголь, и древесное топливо, однако и они условно «всеядные». Основным топливом для таких моделей является все-таки уголь, а использование древесного топлива допускается, но непродолжительное время. Это продиктовано тем, что разные виды топлива имеют разную температуру сгорания, а конструкция котла и применяемые в ней материалы рассчитывались исходно на определенные рабочую температуру и рабочий режим. Прежде всего, при использовании неосновного вида топлива снижаются рабочие характеристики котла.
Правильно смонтированный дымоход из соответствующего материала - еще одно условие качественного функционирования твердотопливного котла.
Именно к традиционным моделям относятся те недостатки, которые считаются характерными для твердотопливных котлов: низкий КПД (70- 80 %), невозможность автоматизации работы котла, сложности обслуживания. Относительно частые остановы его работы между загрузками приводят к перепадам температур в отапливаемых помещениях на 2-3 °С.
Зато работа традиционных твердотопливных котлов совершенно не зависит от электропитания, что имеет значение в районах, где существуют перебои в подаче электроэнергии.
Длительное горение
Относительно небольшое время работы твердотопливного котла на одной загрузке, а следовательно, и большая часть хлопот по его обслуживанию, прежде всего, определяются небольшим объемом загрузки и быстрым временем прогорания топлива. Этот недостаток сводится к минимуму в твердотопливных котлах длительного горения.
Рис. 3. Твердотопливный котел длительного горения с традиционным сжиганием (схема)
Сегодня существует несколько конструкций таких котлов (рис. 3, 4), но все они характеризуются большим объемом загрузочной камеры, значительно превосходящей по объему аналоги традиционных твердотопливных моделей. Это один из главных факторов, обеспечивающих длительную работу котла без дополнительной загрузки.
Рис. 4. Твердотопливный котел длительного горения с верхним сжиганием топлива
В большинстве конструкций котлов длительного горения загрузочная камера выполняет также и функцию камеры сжигания топлива. Очевидно, что вторым важным условием успешной работы такого котла является создание в этой камере условий для медленного, но полного сгорания большого объема топлива. Реализуется они в нескольких технологиях сжигания топлива, соответственно этому можно классифицировать котлы длительного горения:
Котлы с традиционным сжиганием топлива снизу-вверх;
Шахтного типа с нижним горением;
С пиролизным (газогенераторным) сжиганием топлива.
Устройство твердотопливного котла длительного горения с традиционным сжиганием (снизу-вверх) наиболее простое. Исполнение его может быть цилиндрическим или прямоугольным по форме. Конструкция котла представляет собой топливник высотой 1м и более, окруженный снаружи «водяной рубашкой». В роли теплообменника выступают стенки камеры сгорания. Загрузочная дверка находится сверху, а дымовая труба сбоку. В зависимости от высоты, а следовательно, и объема загрузочной камеры, которая является и камерой сгорания топлива, меняется длительность горения. Расположение загрузочной дверки позволяет заполнять котел не только короткими поленьями, но и бревнами довольно большой длины (но не больше высоты камеры), устанавливая их вертикально. Топливо поджигается снизу через специальную дверку. После розжига скорость и, следовательно, длительность горения регулируются с помощью изменения подачи воздуха через поддувальную дверку. Расход топлива в таком котле несколько больше, чем в котлах длительного горения других конструкций.
В котлах шахтного типа реализуется технология с нижним горением топлива. Загрузочная камера выполнена в виде «шахты» (отсюда и название типа таких теплогенераторов), высота которой значительно больше, чем размеры поперечного сечения. Загрузка топлива осуществляется сверху, однако продукты сгорания удаляются не так как в котлах с традиционным сжиганием - через загрузочную камеру, а поступают в соседнюю, где размещается теплообменник, и уже потом попадают в дымовую трубу. Теплообменник в таких котлах обычно изготавливают в виде прямоугольника из листового металла, в который врезаны трубы для прохода огня и горячих газов - жаротрубный вариант. Существуют конструкции и с водотрубным теплообменником, когда теплоноситель циркулирует по трубам водяного контура котла, размещенным в камере сгорания. Передав в теплообменнике тепловую энергию теплоносителю, дымовые газы отводятся через дымоход.
В котлах с верхним сжиганием топлива (сверху-вниз) оно поджигается сверху и постепенно сгорает до дна. Происходит это с помощью телескопической трубы для подачи воздуха к месту горения, которая по мере сгорания топлива опускается под собственным весом. Для равномерного распределения воздуха на конце трубы предусмотрена форсунка в виде распределительного диска с лопастями. При загрузке топлива труба для подачи воздуха поднимается вверх. Чтобы обеспечить лучшие условия сгорания топлива в такой конструкции, воздух предварительно нагревается в камере подогрева, расположенной в верхней части камеры сгорания. Подача воздуха и скорость горения регулируется задвижкой на входе в камеру подогрева. В исполнении без камеры такая задвижка размещается непосредственно на верхнем торце трубы. Теплообменник котла обычно выполняется в виде «водяной рубашки» вокруг камеры сгорания. Для увеличения эффективности теплопередачи в верхней части могут быть установлены дополнительные регистры из труб. Для загрузки топлива в верхней части котла предусматривается боковая дверка, а удаление золы и остатков топлива производится через нижнюю боковую дверцу. В некоторых моделях котлов с верхним сжиганием топлива боковая дверца изготавливается практически на всю высоту камеры сгорания, это существенно упрощает процесс чистки котла. Как правило такие котлы имеют круглое сечение.
Пиролизный или газогенераторный способ сжигания твердого топлива стоит рассмотреть подробнее.
Пиролизные котлы
Пиролиз - процесс термохимической деструкции твердого топлива с образованием горючих газообразных продуктов - монооксида углерода (угарного газа) и водорода. Он происходит в результате нагрева твердого топлива при отсутствии кислорода. Нагрев обеспечивается за счет окисления части газифицируемого топлива (≈ 10-30 % в зависимости от характеристик твердого топлива и оборудования газификации) без подвода теплоты извне. Отсутствие кислорода в зонах формирования газогенераторного газа и пиролиза (восстановительной зоне и зоне коксования) объясняется тем, что подаваемые в реактор газифицирующие агенты сбалансированы таким образом, что весь содержащийся в них кислород используется в зоне окисления (зоне горения).
В процессах пиролиза твердого топлива, обычно происходящего при температуре ≈ 400-900 0С, и взаимодействия продуктов пиролиза с кислородом газифицирующих агентов при температуре, как правило, ≈ 900-1350 0С по экзотермическим химическим реакциям (2), (3) выделяется теплота:
С + О2 = СО2 + 409 кДж/моль; (2)
2С + О2 = 2СО + 246 кДж/моль. (3)
Теплота, выделившаяся в результате реакций пиролиза, используется в процессах:
Сушки твердого топлива при температуре ≈ 150-400 oС;
Взаимодействия продуктов пиролиза с диоксидом углерода (4) и водяным паром (5) при температуре ≈ 750-1000 oС по эндотермическим химическим реакциям:
С + СО2 = 2СО - 162 кДж / моль, (4)
С + Н2О = СО + Н2 - 137 кДж / моль; (5)
Подогрева газифицирующих агентов при температуре теплоносителей (продуктов газификации) ≈ 200-900 °С.
После вышеприведенных химических реакций происходит образование монооксида углерода и водорода - основных горючих компонентов. Результаты других химических реакций, имеющих место при газификации твердого топлива, ввиду их незначительного влияния на состав и калорийность образующегося генераторного газа, можно не рассматривать. Условия, необходимые для протекания химических реакций газификации и сопутствующих им процессов в соответствующих зонах реактора, обеспечиваются правильной организацией тепломассообмена.
Рис. 5. Сжигание древесного топлива в пиролизном котле (схема)
В пиролизных котлах (рис 5) дрова загружаются в герметичную верхнюю камеру. В нее с помощью дутьевого вентилятора в небольших количествах подается первичный воздух и в ней же происходят вышеописанные процессы пиролиза. Образующийся в результате генераторный газ через сопло из огнеупорного материала (особый бетон или керамика) поступает в нижнюю камеру, где и сгорает при температуре порядка 1200 оС. Для более полного сгорания газа в районе сопла к нему подмешивается вторичный воздух. При работе большинства моделей пиролизных котлов пламя из форсунки направлено вниз. Газообразные продукты сгорания отдают тепло нагреваемой воде, проходя по дымогарным трубам, а затем направляются в дымоход.
Загрузка топлива в такие газогенераторные котлы и удаление золы (1 раз в 3-7 дней) осуществляются вручную. При нормальной отопительной нагрузке древесного топлива, загружаемого в камеру котла, хватает примерно на 8-12 ч работы.
К другим явным преимуществам пиролизных котлов относятся полное сжигание топлива и большие возможности регулирования работы котла за счет изменения частоты вращения дутьевого вентилятора. В автоматическом режиме этот процесс управляется термостатом или программируемым устройством.
КПД пиролизных котлов достигает 85 %.
Имея эти преимущества, пиролизные котлы становятся зависимыми от электропитания, необходимого для работы вентилятора, осуществляющего принудительную подачу воздуха, и для питания блока управления.
Наиболее полной автоматизации процесса сжигания твердого топлива удается достичь в пеллетных котлах, где древесное топливо используется в модифицированном виде.
Пеллетная модификация
(от англ. pellet - гранула) представляют собой древесные гранулы (рис. 6), которые изготавливаются из мелких опилок. Это стандартизированный продукт с малым содержанием влаги (менее 10 %), характеризующийся высокой теплотой сгорания (не менее 18 МДж/кг) и низкой зольностью (для пеллет, использующихся в бытовых котлах, - менее 0,5 %).
Рис. 6. Пеллеты - эффективное древесное топливо
Свойства качественного топлива связаны с технологией их изготовления. Приготовленные прессованием под высоким давлением из мелких опилок, по сути древесной пыли, легкие гранулы содержат значительное количество воздуха, что обеспечивает их быстрое и полное сгорание в топке котла. Примерно 2 кг древесных гранул по теплотворности заменяют 1 л жидкого топлива марки EL (по стандарту DIN).
Рис. 7. Котельная на основе пеллетного котла с хранилищем пеллет (схема)
Пеллеты хорошо хранятся, не впитывая влагу, и могут автоматически транспортироваться к котлам по топливопроводам от топливных хранилищ (рис. 7), которые необходимо устраивать в доме, где устанавливается пеллетный котел. Перемещается пеллетное топливо от хранилища до топки по транспортерам со шнековым механизмом подачи или по пластиковым трубопроводам с помощью сжатого воздуха.
Сжигание пеллет осуществляется в топках котлов (рис. 8), оснащенных горелками различной конструкции: ретортных, факельных, каминных.
Рис. 8. Сжигание топлива в пеллетном котле (схема)
Подробно конструкции пеллетных котлов рассматривались в одной из статей прошлого номера журнала (прим. ред.).
Факельные горелки представляют собой навесное оборудование и могут на некоторых моделях котлов заменяться газовыми или жидкотопливными горелками.
Автоматическая подача пеллетного топлива в горелку вывела твердотопливные котлы на новый уровень. Загрузка пеллет в хранилище топлива требуется обычно 1 раз в год, а очистка зольника котла производится 2-6 раз в год, в зависимости от характеристик используемого котла, тепловой нагрузки и продолжительности отопительного сезона.
Рис. 9. Пеллетный котел
Благодаря этому, появилась возможность оснащать такие котлы электронными контроллерами, с помощью которых осуществляется программируемое, в том числе погодозависимое, управление.
КПД котлов, работающих на пеллетах, достигает до 97 %.
На рынке сегодня существуют и многотопливные (комбинированные) твердотопливные котлы, в топке которых могут сжигаться не только пеллеты, но и другое твердое топливо - щепа, древесные отходы, шелуха подсолнечника, а также смеси из разного вида твердого топлива и даже каменного угля.
Брикеты, дрова или крупные фракции угля в многотопливных котлах обычно сжигаются в топках с колосниковыми решетками, а пеллеты - в навесных факельных горелках.
Однако полной автоматизации подачи твердого топлива не в форме пеллет добиться не удается, так как существуют ограничения на его геометрические размеры, например, крупность кусков угля.
Так, для появившихся в 2014 г. на российском рынке котлов Buderus Logano G221 A с автоматической подачей топлива, работающих на угле или пеллетах, допускается использовать каменный или бурый уголь мелкой фракции диаметром не более 10-30 мм. В зависимости от типа топлива и режима этот котел работает на одной загрузке от 3 до 7 дней.
Статья из журнала «Аква-Терм» №6 (88) 2015г.