Устройство и принцип работы твердотопливного котла – теория и практика

Не секрет, что с точки зрения экономичности и удобства эксплуатации наиболее удобным является газовое отопление. В тех случаях, когда населенный пункт находится в значительном удалении от газовой магистрали, автономное теплоснабжение рациональнее всего оснастить твердотопливным колом.

Общие сведения

Из-за высокой стоимости дизельного топлива и электричества, а также дополнительных расходов на подключение газового оборудования во многих случаях выбор делают в сторону котла на твердом топливе. В результате получается обзавестись отопительной системой, на работу которой не влияет наличие или отсутствие внешних энергоносителей. Как правило, большая часть приборов данного типа не нуждаются в электрической энергии, или же потребляют ее в очень небольших количествах.

Чаще всего твердотопливными котлами комплектуются индивидуальные системы отопления в отдаленных районах, испытывающих серьезные затруднения с подачей магистрального газа. Существуют целые области нашей страны, где в качестве основного обогревающего агрегата используются дровяные котлы.

Особенности конструкции

Для понимания принципа работы твердотопливного котла предлагается рассмотреть его конструкцию, в состав которой входит несколько элементов.

Топка

Это название применяется к камере, где происходит сгорания топлива. Обычно она выполняет также роль теплообменника. Конструкция топки состоит из портала для подачи топлива, зоны выведения продуктов сгорания, колосника, емкости для сбора золы и воздушного отверстия. Когда твердое топливо сгорает, это способствует нагреванию стенок топки. В дальнейшем тепловая энергия передается воде в специальной рубашке, которая окружает топку со всех сторон.

Водяная рубашка

Принцип действия твердотопливного котла подразумевает наличие в его топке двойных стенок: в промежутке между ними заполняют теплоносителем. Такую конструкцию называют водяной рубашкой. По мере горения топлива происходит нагревание жидкости в водяной рубашке. Это приводит к появлению тепловых потоков, поднимающих горячий теплоноситель в верхнюю часть емкости. Отсюда горячая вода перетекает в теплопровод. После того, как жидкость пройдет по всему отопительному контуру и отдаст тепло жилищу, она возвращается в остывшем состоянии обратно. Для этих целей имеет нижний патрубок.

Для убыстрения циркуляции воды внутри отопительной системы на некоторых твердотопливных котлах монтируются специальные насосы. Однако большая часть моделей выпускается для открытых отопительных систем. Имеются в виду схемы, где теплоноситель двигается не за счет работающей помпы, а благодаря небольшому уклону трубопровода. Объясняется это простотой, надежностью и экономичностью инерционных систем. К тому же, они полностью независимы от наличия электрической энергии. Благодаря этому их можно применять в отдаленных районах, лишенных благ цивилизации.

Система дымоудаления

Принцип работы твердотопливного котла объясняет образование внутри топки значительного количества дыма. Для удаления продуктов горения используют теплоизолированные трубы, проложенные от котла за пределы дома.

Контроль и регулировка температуры

Как известно, обязательным условием для процесса горения является подача воздуха. При чем от интенсивности этой подачи напрямую зависит скорость горения. Этот принцип используется в конструкции твердотопливных котлов, где для регулировки поступления воздуха имеются механические заслонки и шиберы.

Для такой схемы устройства твердотопливного котла отопления характерна простота и надежность: заслонку прочно скрепляют со специальным регулятором. Если температура чрезмерно поднимется, это провоцирует расширение стенок регулятора и следующее за этим опускание заслонки. В итоге снижается интенсивность поступления кислорода в топочную камеру. Процесс остывания регулятора активизирует обратный процесс поднятия заслонки: воздух получает возможность поступать в большем объеме, увеличивая тем самым интенсивность горения.

На первый взгляд может показаться, что учитывая принцип работы твердотопливного котла длительного горения, такая схема управления процессом горения слишком примитивна и архаична. Однако именно простота служит залогом ее эффективности и надежности. Это объясняет широкое распространение шиберной регулировки в большинстве моделей твердотопливных отопительных котлов. Строго говоря, такой подход до сих пор не испытывает особой конкуренции, т.к. в этом случае не требуется дорогостоящая электроэнергия.

Разновидности твердотопливных котлов

Принцип действия твердотопливных котлов позволяет им быть частью различных современных схем. Речь идет как о самых простых одноконтурных приборах, так и о мощнейших многофункциональных агрегатах с высокой производительностью. Существует несколько способов классификации твердотопливного оборудования.

По материалу изготовления:

1. Из стали. Стоимость на стальные приборы ниже, чем на чугунные. К тому же они более просты в обслуживании: чистка проходит без особых проблем. Из недостатков можно выделить чувствительность моделей к температуре в обратной трубе: она должна быть не менее +60 градусов. Это предусматривает использование специальных клапанов для поддерживания необходимого температурного режима путем подмешивания в обратку горячей воды из подающей трубы.
2. Из чугуна. Отличаются более высокой долговечностью, однако требуют сложный уход. Использование чугунных твердотопливных котлов рекомендуется в случае их непрерывного использования. Приобретение сверхнадежного чугунного агрегата только для аварийных случаев является непрактичным решением. С подобными задачами в состоянии справиться более дешевые стальные модели.

Принцип работы

Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.

По способу теплопередачи котлы бывают:

• Воздушными.
• Паровыми.
• Водяными (встречаются чаще всего).

По принципу сжигания топлива:

• Традиционные. Работают на дровах и угле. Принцип действия такой же, как у обычной дровяной печи.
• Длительного горения. Инновационная разработка в области оборудования для отопления. Твердотопливные котлы длительного горения имеют вид удлиненной топочной камеры, окруженной со всех сторон водяной рубашкой. При горении пламя распространяется не снизу вверх, а сверху вниз, напоминая в этом отношении процесс горения свечи. Принцип работы котла длительного горения позволяет достигать полного сгорания топлива. При этом увеличивается промежуток горения одной закладки топлива (до 7 суток). Работает котел длительного горения, как правило, при стабильно высокой температуре теплоносителя, что на порядок повышает его КПД. Бесперебойное и безопасное функционирование таких моделей достигается за счет включения в конструкцию вентиляторов для экстренного тушения, предохранительного клапана и циркуляционной помпы.

• Пеллетные. В качестве топлива здесь используются специальные пеллеты. Такие котлы дополнительно оснащаются автоматической системой подачи пеллет и бункером для хранения топлива. Благодаря электронным датчикам осуществляется контроль наличия топлива внутри топки. Для работы такой системы необходимо стабильное электрическое питание.
• Пиролизные. Уникальное оборудование, где наряду с энергией от горения твердого топлива используется также тепловыделение газов. Это дает возможность небольшой объем топлива обратить в значительную порцию тепловой энергии. В результате достигается повышение КПД котла и снижение вредных выхлопов.

Принцип работы твердотопливных котлов длительного горения дает возможность применить автоматизацию. Управление агрегатами данного типа настолько простое, что его может осилить ребенок.

Итоги

Для организации системы отопления можно применить несколько схем устройства котла на твердом топливе. Любая из разновидностей агрегата представляет собой универсальный прибор, превосходящий своих электрических и дизельных собратьев в плане экономичности.

Как устроен дровяной котел для отопления частного дома – принцип работы, преимущества и недостатки, установка

В течение нескольких тысячелетий люди использовали дрова в качестве источника тепла, позволяющего обогревать их жилища. Но с появлением новейших технологий потребление этого вида топлива стало менее актуальным, поскольку человечество начало отдавать предпочтение электроэнергии, природному газу, нефтепродуктам. Но в частном секторе дрова по-прежнему востребованы.

Особенности конструкции и принцип работы

Несмотря на разнообразие типов котлов на дровах для обогрева дома, их устройство аналогично.

Каждый отопительный агрегат состоит из:

• камеры сгорания твердого топлива;
• водного теплообменника;
• дымоходной конструкции;
• зольника.

Самый простой дровяной котел для отопления по конструкционному устройству представляет собой буржуйку, в которой в процессе горения древесины нагревается вода, которая затем поступает в отопительную систему. Но в этом случае показатель эффективности работы оборудования незначительный, а расход древесины большой.

В процессе усовершенствования современные котлы отопительные на дровах для частного дома оснастили функцией длительного горения, поэтому у них более сложное устройство. При этом топливо загружают в топочную камеру, после чего оно в процессе горения отдает тепло встроенному в агрегат теплообменнику.

К нему подсоединяют трубопроводы, которые предназначаются для подачи нагретой жидкости в отопительную систему домовладения. Ее укомплектовывают радиаторами, трубами и расширительным устройством.

Котел для обогрева дома на дровах и дымоходная конструкция снабжают теплом помещение, в котором располагаются. После сгорания топлива появляется дым – посредством дымохода он выводится наружу в атмосферу, а сажа собирается на его стенках. При этом нужно помнить, что ее большой слой в трубе приводит к уменьшению тяги и возрастанию риска возгорания.

Производят чистку дымовыводящих каналов через специальные отверстия, прикрытые заслонками. Для этого задействуют ерши и щетки. Благодаря развитию современных технологий появились особые составы, добавляемые в дровяной котел для водяного отопления частного дома – они в процессе сгорания способствуют очищению каналов дымохода изнутри.

Подача холодного теплоносителя и нагретой воды из теплообменника происходит благодаря патрубкам. Современные приборы оснащают автоматическими устройствами, которые упрощают обслуживание котла.

К ним относятся:

1. Датчик температуры, подающий сигналы на вентилятор поступления воздуха.
2. Датчик давления, сигнализирующий о превышении требуемого значения.
3. Датчики давления теплоносителя.

Эффективность функционирования отопительного дровяного котла зависит от качества используемого топлива. Если для теплоснабжения нужны дрова, тогда нельзя пользоваться углем и торфяными брикетами. Также не следует задействовать недостаточно просушенные дрова, поскольку в процессе сгорания образуется много сажи и пара, в результате чего котел нужно будет чистить.

Сфера использования дровяных котлов

Система отопления на дровах в частном доме популярна у жителей сельской местности, где отсутствует центральное газоснабжение, а отопление электроприборами получается дорогостоящим. Востребован такой способ обогрева и у дачников.

Также дровяными агрегатами пользуются при посещении русских бань, где они выполняют две функции – отопления и нагрева воды.

Преимущества и недостатки отопительного котла на дровах

К плюсам относятся:

1. Независимость от электроснабжения. Агрегаты не зависят от перепада напряжения и отсутствия электричества.
2. Получение экологичного тепла. В результате сгорания древесины не образуются вредные для здоровья соединения. Правда, при несоблюдении мер безопасности существует опасность отравления углекислым газом.
3. Доступность топлива. Проживая в лесном регионе, его жители могут запастись бесплатным сырьем. Кроме этого, отопление загородного дома котлом на дровах возможно с использованием бытовых твердых отходов, имеющих органическое происхождение.
4. Доступная цена агрегата и арматуры к нему.
5. Простата монтажа и дальнейшей эксплуатации котла.

Из недостатков следует отметить:

1. Необходимость постоянно присматривать за домом.
2. Значительный вес агрегата из чугуна, но с другой стороны этот материал более долговечен.
3. Повышенное потребление топлива, поскольку древесина выделяет небольшое количество тепловой энергии.
4. Отсутствие поддержания требуемой температуры в автоматическом режиме.
5. Низкий КПД, который не превышает 80%.
6. Котлы отопительные для частного дома дровяные обладают большими габаритами и для получения требуемой степени обогрева нужно за один раз сжигать много дров.

Монтаж дровяного котла отопления частного дома

Чтобы обеспечить эффективную и безопасную работу требуется качественная установка агрегата:

1. Место расположения. Оборудование, функционирующее на дровах, нуждается в большом количестве воздуха, поэтому приборы малой мощности располагают на подсобных площадях домовладения, где имеется приточно-вытяжная вентиляция. Если мощность агрегата 50 кВт и более, следует под котельную обустраивать отдельное помещение, у которого полезный объем превышает 8 кубометров. Дровяной котел для отопления частного дома монтируют на твердое, максимально ровное и несгораемое основание, такое как бетон, кафельная плитка или керамогранит. Стены котельной также должны иметь отделку из негорючих материалов, а помещение следует оснастить принудительной вентиляцией.
2. Требования к дымоходной конструкции. Чтобы изготовить дымоход, можно использовать нержавеющую сталь, толстостенные трубы из металла или керамику. Оптимальным решением для дровяных котлов с водяным отоплением для дома специалисты считают дымоход из нержавейки типа «сэндвич». Он без проблем собирается из элементов, среди которых трубы, скрепляемые хомутами, кровельные проходы и разгрузочная платформа. Такой дымоход можно вывести как через перекрытие кровли, так и через стены домовладения. Для обеспечения нужной тяги высота прямого отрезка дымохода должна превышать 6 метров при мощности прибора, равной 16 кВт.

Выбор агрегата на дровах для водяного отопления

В первую очередь необходимо рассчитать мощность отопительного оборудования в киловаттах. Нужная информация относительно этого параметра имеется в паспорте на котел. Принято считать, что для обогрева 10 «квадратов» площади требуется один киловатт мощности. Помещениям, которые недостаточно утеплены, нужен ее запас, составляющий 20 – 30 %.

При выборе следует обращать внимание на номинальную мощность и другие функциональные возможности котла, поскольку в осеннее и весеннее время он не будет эксплуатироваться на весь потенциал.

Если агрегат планируется использоваться для системы отопления на дровах и получения горячей воды, тогда нужно также купить внешний бойлер и обеспечить запас мощности.

При выборе прибора учитывают материал его изготовления, обычно это сталь или чугун. Котел из стали весит немного, у него более простая конструкция топки по сравнению с чугунными изделиями. Дымоход у стальных агрегатов имеет большую длину и поэтому теплоноситель в них нагревается эффективнее. Чистка топки у стального оборудования заключается в удалении отложений из зольника.

У чугунных приборов дымоход короче, а по причине ребристой поверхности создается увеличенная площадь теплообмена. На ней оседают частички горения, поэтому для их удаления требуется использование скребков, кочерги, щеток. Но теплоемкость у чугунных моделей выше.

Все дровяные агрегаты можно разделить на несколько видов:

• котел пиролизный – в нем для выработки тепла используют и дрова, и газ, выделяемый при этом;
• котел пеллетный – в качестве топлива можно задействовать спрессованные гранулы, для которых сырьем являются опилки, стружка, кора, отходы сельхозкультур и прочее;
• котел дровяной для водяного отопления.

Популярные модели

У потребителей востребованы следующие модели отопительного оборудования на дровах:

1. Buderus. Изделия Logano G 211–26 D можно загружать разным твердым топливом – дровами, углем, коксом, пеллетами. Имеются приборы мощностью 15 и 32 киловатта.
2. Zota Pellet. Модели данного ряда используют не только для отопления дома, но и для горячего водоснабжения. У них имеется система защиты, КПД превышает 85%. Котлы оснащают электрическим розжигом и автоматической функцией поддержки необходимого температурного режима. Их мощность достигает 100 киловатт. Вес равен 300-800 килограммов.

Гейзер. Одной дровяной закладки достаточно для 7–18 часов работы. Эти котлы снащены автоматическим контролем силы тяги.