Устройство твердотопливных котлов серийного выпуска. Видео: отопление дома твердотоплекным котлом. Классический твердотопливный котел

Твердотопливные котлы для получения тепла используют различное твердое топливо: уголь, торф, горючие сланцы, дрова. По организации горения их можно разделить на виды: классические, пиролизные, автоматические, длительного горения.

Особенностью горения твердотопливного котла является его температурная цикличность, обусловленная необходимостью закладки новой порции топлива. Т. е. прослеживается последовательность операций: розжиг с минимумом температуры, горение при максимальной температуре, затухание с постепенным снижением температуры. Цикличность температуры в топке сказывается соответствующими колебаниями температуры теплоносителя.

С другой стороны, водитель с полностью автоматической настройкой соотношения топлива и воздуха предполагает модулирование мощности котла, пытаясь сопоставить его с потребностью в нагреве нагретых объектов. Контроллеры со смешанным соотношением топлива и воздуха также были разработаны для реализации идеи модуляции жидкого котла на практике, чтобы не отставать от потребности в нагреве нагретых объектов. И надо сказать, что - в целом - все они также достигают этой цели. Они эффективно модулируют мощность, то есть не останавливают котел.

Какое влияние имеет модуляция котла? Так как невозможно измерить мгновенные потери тепла из помещений - сравнивать эти потери с любыми параметрами работы котла невозможно. Таким образом, производительность контроллера может оцениваться косвенно - путем анализа измеримых эффектов его работы.

Проблема температурных колебаний решена в большей степени у автоматических котлов, поддерживающих стабильность температуры автоматической подачей топлива и наддувом вентилятора горелки.

Тепловые процессы

Рассмотрим более подробно, что происходит с твердотопливным котлом, системой отопления и помещением в целом, как единой системой отопления.

В рекламных материалах, руководствах по обслуживанию и даже во многих издательствах производители начали давать информацию о том, насколько велики эти сбережения. Некоторые производители теперь дают экономию «от нескольких до десятка процентов», а другие лишь загадочно заявляют, что преимущество такой работы - экономия топлива без каких-либо цифр. Никто не предоставил - и как - до тех пор, пока срок службы котла увеличивается в результате котлов с модулирующей температурой воды в очень узком диапазоне.

Некоторые разработчики этих контроллеров утверждают, что эти сбережения выше, когда диапазон мгновенных колебаний температуры котловой воды вокруг заданного значения этой температуры ниже. Они говорят «да», но они не измеряют никаких других параметров, кроме температуры воды. Как следствие, у них нет других параметров.

Начало цикла - розжиг: резкое повышение температуры в топке с 40С после загрузки топлива, до 600С в течение 5-10 минут. В зависимости от параметров системы, обусловленной теплоемкостью, способностью аккумулировать тепло, в теплообменнике топки может быть температура от 40С до 70С. При минимальной температуре — наихудший сценарий: тепловой удар по теплообменнику и системе отопления.

А как насчет колебаний избытка воздуха? Является ли только температура воды, вызванная потерей тепла? Фактически, прочитайте температуру дымового газа, так как для повышения температуры воды температура дымового газа должна повышаться. Разумеется, для большого числа пользователей среднего и низкого уровня заметны положительные эффекты такого управления котлом. А для очень опытных пользователей?

Пиролизный котел или газогенератор

Пока нет опубликованных исследований. Интересно, что эта идея была впервые реализована в котлах, заполненных вручную, с продувочным воздухом, надутым воздуходувкой. В котлах это просто - мы настраиваем один параметр, меняя один параметр. Мы увеличиваем количество подаваемого воздуха - увеличивается количество топлива, увеличивается мощность котла. Мы уменьшаем количество подаваемого воздуха - количество потребляемого топлива уменьшается, мощность котла уменьшается.

Чугунные теплообменники, как самые хрупкие, долго такого режима не выдерживают, лопаются. Чаще такой режим возникает ночью, когда необходимость новой закладки топлива попросту проспали, котел тухнет, температура теплоносителя значительно понижается. При недостаточной скорости циркуляции при быстром прогреве возможно закипание теплоносителя, что является гидравлическим и тепловым ударом по системе отопления. Пластиковые трубы страдают от перепадов температуры первыми.

В котлах с автоматической горелкой уже не так просто. Для оптимальной модуляции мощности котла необходимо одновременно изменить три параметра: время подачи топлива, время паузы между подачей и количеством подаваемого воздуха. Они делают это по-другому, сознательно соглашаясь отказаться. Однако невозможно избежать необходимости «ручной» предварительной настройки или коррекции.

Пути разные - идея такая же. Матрица подачи топлива создается для всего рабочего диапазона котла. Матрица является воспроизведением результатов эталонных тестов горения. При переходе от одного уровня матрицы к другому изменяется уровень мощности котла. Затем температура воды на выходе регулируется до заданного значения, управляя выходом вентилятора - таким же, как и в котлах.

В помещении начинают теплеть трубы, воздух холодный.

Середина цикла - дальнейшийнагрев теплоносителя. Температура в топке повышается до 1000С для дров, до 1300С для угля, нагревая теплоноситель. При отсутствии контроля происходит нагрев теплоносителя до максимальной температуры котла - 95С. Но современные твердотопливные котлы позволяют контролировать в некоторых пределах температуру теплоносителя, регулируя задвижкой подачу воздуха. Не позволяют подняться до опасно высокой температуры, поддерживать заданную температуру до полного сгорания топлива.

Пользователь больше не устанавливает время подачи, время разрыва и производительность вентилятора. Если у него есть уголь со свойствами, подобными эталонному углю, используемому для сборки матрицы доставки угля, ему действительно ничего не нужно. Он работает так же, как и котел - с коэффициентом колебаний избыточного воздуха и колебанием температуры выходящей воды.

Дверцы и их размеры

Если у пользователя есть уголь с отклонениями от исходного углерода, он должен вручную настроить новые параметры подачи. Но он делает это «вручную», а затем «на глазу». Вы должны признать, что это очень легко для пользователя. Он не теряется в секундах и процентах обычных двоичных контроллеров. Тем не менее, он делает это дальше «вручную» и далее «на глазу».

В помещении трубы горячие, начинает прогреваться воздух.

Конец цикла - топливо прогорает до образования тлеющих углей, температура в топке падает до 600-400С, — самый комфортный режим для системы. Происходит медленное остывание теплоносителя, воздух в помещении остывает незначительно. После образования тлеющих углей процесс охлаждения теплоносителя и воздуха в помещении ускоряется.

История, пути решения

Не может быть, чтобы за всю историю твердотопливного отопления человечество не придумало способ решения неравномерного прогрева. Решение напрашивается само - увеличить тепловую емкость прибора отопления, компенсируя паузы без обогрева.

Национальный способ решения этой проблемы заключается в использовании массива кирпичной печи как аккумулятора тепла. Даже в условиях значительных запасов леса средней полосы России постоянно топить печь очень накладно: заготовка, транспортировка, резка и колка дров. Рационально топить печь 2 раза в сутки, совмещая отопление с приготовлением пищи. Русская печь весит от 3 до 7 тонн, аккумулируя всем своим объемом тепло и отдавая его равномерно все время между топками.

Индейские вигвамы в зимнее время обкладывали очаг большими валунами - аккумуляторами тепла.

Современные пути решения

Что предлагают современные технологии для решения проблемы аккумуляции тепла? Путей много по изменению агрегатного состояния вещества. Но самым дешевым оказалась вода, как одно из веществ, имеющих самую большую удельную теплоемкость.

Переход от теплоемкости камня к воде позволяет уменьшить объем накопления тепла до емкости в 1-3м3. Много это или мало? — нет разницы. Указанный объем можно разместить в любом удобном месте, хорошо его утеплив, - хоть в чердачном пространстве.

Решение водяного аккумулятора тепла реализуются в современном жилище двумя способами.

Способ №1.

Между отопительным котлом и системой отопления устанавливается соответствующая по объему емкость. Главное назначение которой — в качестве буфера компенсация температурных выбросов котла и накопление тепла от котла, обеспечение длительного обогрева при отсутствии топочного процесса.

Способ №2.

Все в нашем жилище накапливает тепло: стены, потолок, пол, мебель и т. д. Теплые полы с повышенным слоем покрытия над трубами достойное наследие русской печки. Теплые полы во всем помещении являют собой достаточно большой аккумулятор тепла, но гораздо меньший, чем емкостной теплоаккумулятор.

Способ реализации

Наиболее удачный способ практического применения теплового аккумулятора твердотопливного котла реализован в следующей схеме.

Твердотопливный котел.
Насос циркуляции котел-аккумулятор.
Термодатчик включения насоса циркуляции котел-аккумулятор.
Насос циркуляции аккумулятор - система отопления.
Термодатчик системы отопления, показан вариант контроля температуры воздуха.
Змеевик нагрева воды для бытовых нужд.
Бак теплоаккумулятора.

Часто для решения частных проблем отопления выход с котла в тепловой аккумулятор выполнен змеевиком — позиция №7. Например, когда в системе отопления антифриз, нежелательный для котла и насоса циркуляции.

Работает система следующим образом. При начале горении топлива в котле включается датчик температуры, запускающий насос №2 в работу. Этот насос будет работать все время, пока температура в топке не опустится ниже 60С. Нагретая вода с теплового аккумулятора расходуется с помощью насоса №3, необходимая температура в помещении поддерживается с помощью термодатчик №5.

Преимущества и недостатки

Затратив средства на установку термоизолированной емкости и труб к котлу, что мы получили?

Преимущества:

Защита котла и системы отопления от перегрева, разбавляя перегретый теплоноситель с большой емкостью теплоаккумулятора;
Аккумуляция тепла от работающего котла;
Реализуется наиболее экономичный режим работы котла по сгоранию топлива, а не поддержанию заданной температуры;
Снижение количества топок до 1-2 в сутки, отпадает необходимость топить ночью, улучшение температурного комфорта в помещении за счет стабилизации температуры теплоносителя;
Теплоаккумулятор позволяет принимать тепло от любых теплогенераторов: гелиоустановки, тепловые насосы, газовые котлы, камин и т. д.
Просто реализуется нагрев воды для бытовых нужд.

Недостатки:

Высокая стоимость емкости, утепления, подводки труб;
Необходимо место под установку емкости не менее 500л с прочным основанием.

Заключение

Наличие буферной емкости в виде аккумулятора тепла не освобождает систему отопления от приемов защиты превышения — температуры и давления. Необходимо предусмотреть работоспособность системы отопления при отсутствии электроэнергии.

Для расчета минимального объема емкости теплоаккумулятора принята следующая методика расчета: на 1кВт мощности котла необходимо 25л жидкости, оптимально 50л на 1 кВт.

Интересен тот факт, что твердое топливо так и не ушло со сцены отопления, как это прогнозировали в недавнем прошлом. Ведь раньше считалось, что дрова и уголь свои позиции сдадут электричеству и газу, что и произошло. Но время показало – рано радовались. И вот уже сегодня во многих загородных поселках стали возводить большие дома с водяной отопительной системой, где требуется эффективно работающий и экономичный котел. Еще совсем недавно об этом говорить в отношении твердотопливных агрегатов не приходилось, но это уже в прошлом. Потому что изменился принцип работы твердотопливного котла. О нем и поговорим в этой статье.

Типы котлов

Начнем именно с типов, потому что они определяют принцип работы. Здесь всего лишь два варианта:

Классические котлы.
Пиролизные.

Классические

Это совершенно простая конструкция, в топке которой происходит сжигание твердого топлива, за счет чего и производит нагрев теплоносителя. Сразу же оговоримся, что в твердотопливных котлах используется другая схема нагрева воды, чем, скажем, в газовых или электрических приборах, где устанавливается теплообменник трубного типа. Здесь же используется конструкция, которая носит название водяная рубашка. То есть, топка состоит из двух стенок, между которыми и циркулирует теплоноситель.

Сгорая, топливо нагревает стенки топки (они или чугунные, или стальные), а через них уже нагревается и сама вода. В принципе, устройство классического твердотопливного котла не очень сложное. Но у него есть несколько недостатков:

Слишком низкий коэффициент полезного действия.
Большой расход топлива.
Неудобство эксплуатации в плане настройки и поддержания заданных теплотехнических параметров.

Пиролизные

Итак, выход был найден – это котлы, в которых используется процесс пиролиза. Что это такое? Это выделение из твердого топлива в процессе сгорания так называемых топочных (пиролизных) газов, которые обогащаются кислородом и сжигаются в дополнительной топке.

В процессе пиролиза есть один немаловажный нюанс, который и определяет его эффективность. Это небольшое количество кислорода, которого хватает поддерживать в зоне горения не пламя, а процесс тления. Именно таким образом можно выделить те самые топочные газы. Но сами газы просто так гореть не будут, их необходимо обогатить кислородом, чтобы получилась воздушно-газовая смесь. Так вот она и будет хорошо гореть, и при этом выделять большое количество тепловой энергии.

Внимание! Коэффициент полезного действия котлов пиролизного типа достигает уровня 90%. Если сравнивать с классическим вариантом, у которого КПД равен 65%, это значительный скачок и в плане эффективной работы, и в плане экономии топлива.

Устройство пиролизного котла

Об экономии топлива хотелось бы сказать более конкретно. Представьте себе обычный классический котел, куда закладываются, к примеру, дрова. Конечно, все зависит от мощности агрегата, но все же такая закладка сгорает в среднем за 4-5 часов. Владельцу такого котла придется несколько раз в день чистить прибор и «кормить» его дровами. Сложно и очень неудобно.

Котлы длительного горения

Давайте рассмотрим схему твердотопливного котла длительного горения и определимся с принципом его работы.

Во-первых, горение внутри топки происходит сверху вниз, что позволяет проводить процесс горения медленно, не захватывая новые слои топлива.
Во-вторых, все происходит в закрытой камере, куда проникает мало свежего воздуха извне. Как такового горения не происходит, топливо просто медленно тлеет, выделяя топочные газы.
В-третьих, пиролизные газы поднимаются вверх ко второй топке через соединительный патрубок, в котором сделаны отверстия. Через них поступает кислород, который смешивается с газами, образуя горючую смесь.
В-четвертых, эта смесь поступает во вторую топку, где и сгорает.