Устройство и принцип работы твердотопливного котла – теория и практика

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.

Особенности котлов длительного горения

Самым популярным источником тепла для водяных отопительных систем является газовый котел. У таких устройств есть немало преимуществ, но существует и несколько ограничений на использование газовых котлов: во-первых, газовые магистрали проложены далеко не во всех населенных пунктах, особенно если речь идет о дачных поселках, а во-вторых, подключение к этой магистрали всегда обходится в достаточно крупную сумму. Кроме того, стоит отметить необходимость согласования установленного газового оборудования с соответствующими инстанциями.

Еще один доступный вариант – это использование электрического отопительного оборудования. У подобных устройств тоже есть масса положительных качеств – высокий КПД, гибкая настройка и наличие различных автоматизированных вспомогательных систем. Впрочем, за эти преимущества придется основательно платить – стоимость электроэнергии на сегодняшний день очень велика, поэтому эксплуатация электрического отопления обходится слишком дорого. К тому же, если регион характеризуется регулярными перебоями с электричеством, то подобный вариант отопления будет крайне нестабильным, а значит, недостаточно эффективным в деле создания комфорта в доме.

Вот здесь-то и стоит вспомнить о подзабытом варианте обогрева жилого дома – обычном твердотопливном котле на дровах. При достаточно высокой эффективности подобное оборудование отличается еще и экономичностью – дрова являются возобновляемым энергетическим ресурсом, поэтому их стоимость не очень велика. Кроме того, хорошие твердотопливные котлы не особо требовательны к качеству используемого топлива.

Конечно, простые печи нельзя назвать высокотехнологичным оборудованием. Их до сих пор можно встретить в деревнях, но использование обычных печей в современных постройках в качестве основного отопительного контура не практикуется, несмотря на способность долго отдавать тепло за счет толстых стенок и тщательно рассчитанной системы вывода продуктов сгорания.

Вся проблема заключается в том, что при подключении такой печи к водяному отопительному контуру приходится поддерживать определенную температуру теплоносителя, подкладывая новую партию дров каждые 2-3 часа. Разумеется, расход топлива при этом увеличивается на порядок, и ни о какой экономичности не может идти и речи.

В качестве топлива могут использоваться не только обычные дрова. Достаточно эффективным и недорогим топливом являются пеллеты – спрессованные брикеты, состоящие из отходов деревообрабатывающей промышленности. При большой необходимости такой материал можно сделать и самостоятельно. Для твердотопливных котлов также можно использовать уголь или торф (правда, в этом случае оборудование должно быть рассчитано именно на данный вид топлива). Хорошим вариантом будут и «евродрова», состоящие из древесных отходов, но имеющие форму привычных поленьев.

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.

Пиролизные котлы длительного горения

На этом инновационном виде оборудования хотелось бы остановиться подробнее. Во-первых, начнем с того, что коэффициент полезного действия здесь не меньше 95%. Почему? Все дело в принципе отбора тепловой энергии.

Котлы пиролизного типа

В процессе тления дров в котле происходит выделения тепловой энергии и газа, который улетучивается через дымоходную трубу. Но этот газ может гореть, выделяя еще некоторое количество тепла. Чтобы это произошло, производители в конструкцию агрегата разместили еще одну камеру сгорания, куда и заходит газ. Сам гореть он не может, потому что в нем нет практически кислорода, поэтому до того как он поступит в свою топку, газ обогащают кислородом.

Теперь это воздушно-газовая смесь, которая может гореть, выделяя тепло. Что и происходит в промежуточной топке. По сути, этот инновационный прибор можно назвать твердотопливным котлом сверхдлительного горения

Единственное, на что хотелось бы обратить особое внимание, что пиролизные котлы показывают высокие технические характеристики, если в них используется очень сухие дрова. При этом они сгорают полностью, оставляя лишь небольшую горку золы, выделяя максимальную температуру горения


Схема размещения дров

Другие важные элементы конструкции — их роль в работе всей отопительной системы

Схема любого твердотопливного котла не мыслима без регулятора тяги. Данное устройство обеспечивает механическое воздействие на заслонку в дымоходе в процессе включения или отключения агрегата. Показать работу регулятора тяги можно с помощью простого рисунка.

Благодаря работе этого приспособления осуществляется автоматическая регулировка подачи воздуха в камеру сгорания, температуры нагрева теплоносителя.

Многие агрегаты, особенно большой мощности, устанавливаются вместе с буферной емкостью, которая является обязательно при обвязке твердотопливной техники с газовыми котлами в единую систему. Такое приспособление представляет собой расширительный бак, куда поступает теплоноситель. Буферная емкость в данном случае выполняет две функции, гидроразделителя и теплового аккумулятора. В результате остывания котла после выключения, вода из теплового аккумулятора расходится по радиаторам отопления, поддерживания необходимую температуру. Быстрое остывание твердотопливного котла практически невозможно, из-за того, что буферная емкость играет роль аккумулятора тепла.

Вместе с буферной емкостью котлы оснащаются термостатическим клапаном. Прибор используется для предохранения системы от перегрева. Контур охлаждения, оснащенный термостатическим клапаном, обеспечит подачу холодной воды внутрь при первых сигналах перегрева теплоносителя.

Для розжига в твердотопливных котлах современных моделей применяются различные газовые горелки. Такие устройства обычно работают на сжиженном газе, который храниться в специальном резервуаре. Розжиг топлива в камере сгорания за счет использования газовой горелки происходит за считанные секунды. В эксплуатации и в обслуживании такие горелки просты и надежны.

Особенности твердотопливных котлов длительного горения

ТТ-установки изготавливают с большой емкостью для дров.

Чтобы камеру сжигания можно было загрузить по максимуму, дверцу располагают в высшей точке корпуса.

Назначение котлов

Агрегаты пролонгированного горения применяют для обогрева больших площадей, бытовых сооружений. 1 система способна обеспечить теплом 2-3 постройки на участке.

В чем преимущества

Аппарат имеет такие достоинства, как:

  • длительное время горения, которое составляет от 2 до 5 суток (некоторые устройства поддерживают его до 7 дней);
  • надежность конструкции, простота ухода и обслуживания;
  • наличие энергонезависимых и водогрейных моделей;
  • высокий уровень КПД (до 85-92%);
  • экологическая безопасность;
  • простота монтажа;
  • срок службы не менее 10 лет;
  • экономичность;
  • возможность применения разных видов твердого топлива.


Аппарат имеет надежную конструкцию, высокий уровень КПД.

Для установки оборудования не требуется заключение договора с газовой службой.

Недостатки котлов длительного горения

Аппараты имеют такие недостатки, как:

  • потребность в строгом соблюдении правил безопасности на этапе установки и во время эксплуатации устройства;
  • соответствие топлива требованиям влажности и качества;
  • необходимость в подключении автоматизированного оборудования к электросети;
  • большой вес некоторых моделей;
  • трудозатраты во время загрузки резервуара;
  • стоимость от 50 000 руб.;
  • потребность в регулярной чистке.

Принцип работы котла шахтного типа. Особенности конструкции

Среди отопительных агрегаты шахтного типа выделяются неприхотливостью к качеству топлива

Условие немаловажное, учитывая тот факт, что другие нагревательные приборы на твердом топливе капризнее в плане выбора топлива. Технологически допускается использование для топки котла поленья, влажность которых превышает 40-45%

Шахтный твердотопливный котел способен не только переварить сырые дрова, но и выдавать необходимое тепло в течение продолжительного времени. Между очередными загрузками топлива, как правило, проходит 12 часов и более. Есть модели, где эти показатели еще выше.

Свое название агрегат получил благодаря особенностям конструкции. Камера сгорания или топка в этом приборе имеет вид шахты.  В агрегатах этого типа имеется две шахты: топливная и камера теплообмена. В топливной камере топливо располагается не в горизонтальном положении, а загружается, как в колодец, слой за слоем. Горение в таких аппаратах осуществляется снизу вверх, поэтому эти приборы еще называют агрегатами с  нижним горением. Рассмотрим, как это выглядит на практике:

  • перед самой закладкой на колосниках создается очаг;
  • основная закладка укладывается уже на горящее топливо, послойно, сверху.
  • постоянный поток воздушной массы не дает верхним слоям топлива разгореться;
  • под собственным весом, дрова опускаются вниз, занимая место прогоревших поленьев;
  • дрова, расположенные в верхней части успевают за время работы котла подсохнуть;
  • в самом низу топливный шахты, при отсутствии кислорода происходит пиролиз, процесс образования древесного (пиролизного) газа.

Вторая — топочная камера или шахта теплообмена, представляет собой зону, где протекает основной процесс горения. В устье второй топки поступает пиролизный газ, который и является основным источником тепловой энергии.

Топочная шахта может иметь различное исполнение. Одни модели нагревательных приборов имеют шахту теплообмена с плоским теплообменником. Нередко в конструкции отопительного агрегата имеется водогрейный теплообменник или жаротрубное теплообменное устройство, установленные непосредственно в топочной шахте. Такой тип и расположение теплообменников является максимально эффективным. Для того, что бы получить реальное представляете о том, как устроен шахтный котел, достаточно посмотреть на рисунок —  разрез устройства.

*В камеру сгорания для повышения интенсивности горения подается горячий вторичный воздух. Стенки устья камеры сгорания обкладываются шамотным кирпичом, благодаря которому достигается максимально высокая температура в топке. Шамотный кирпич не только способствует лучшему дожигу пиролизного газа, но и продлевает эксплуатационные характеристики котельного оборудования.

Выше уже было подмечено, что данный вид обогревательного котельного оборудования прекрасно справляется с топливом низкого качества. За счет принципа работы отопительной техники этого вида, дрова успевают достичь необходимых параметров влажности. Характерный для агрегатов классического типа конденсат, выделяемый в больших количествах влажными дровами, для шахтных приборов не помеха. За счет высокой производительности КПД таких агрегатов составляет 75-80%.

Подробная инструкция по изготовлению конструкции своими руками

Простой энергонезависимый котел верхнего горения делают так:

  1. В старом баллоне вырезают отверстие и приваривают в этом месте дымоотводящий патрубок изогнутой формы. Начинающему лучше пользоваться электродами МР-3.
  2. Верхнюю часть обваривают по периметру листовым материалом толщиной 2-5 мм.
  3. Из обрезанной верхушки баллона делают крышку, вырезав в ней отверстие и присоединив горловину.
  4. Изготавливают воздухораспределитель путем приваривания к торцу трубы диска с каналами из уголка. Деталь оснащают регулируемой заслонкой.
  5. Делают водяную рубашку. Для этого вставляют баллон в трубу большего диаметра и заваривают конструкцию с торцов.


Энергонезависимый котел можно сделать из баллона.

Порядок запуска:

  1. Во внутреннюю камеру загружают топливо и разжигают его вверху.
  2. Ставят на дрова диск воздухораспределителя, так чтобы его труба смотрела в небо.
  3. Надевают крышку.

Регулируя заслонкой тягу, добиваются оптимального режима горения.

Расчет тепловой мощности

Продолжительность горения правильно изготовленного котла составляет 12 часов. Исходя из этого, определяют его мощность по формуле:

N=n*(m*15*10^6/ (12*3600)), где:

N — КПД установки, принимают равным 60-75%;

m — масса топливной загрузки, кг;

15*10^6 — удельная теплота сгорания для сухих дров (береза, сосна), Дж/кг;

3600 — количество секунд в часе.

Расчет показывает, что горючее массой 27 кг дает мощность около 7 кВт.

Установка системы отопления своими руками

Монтаж котла. В общем-то, монтаж ТТ котла в доме не считается какой-то суперсложной работой. Нужно всего-навсего установить отопительный котел по уровню, делается это путем регулировки ножек котла.

Вентиляция и дымоход

Любая СО нуждается в воздухе, который, собственно, и поддерживает нормальное горение топлива в камере. Поэтому нужно в котельном помещении оборудовать хорошую вентиляцию, а также установить дымоход, чтобы выводить из топки газы и дым, которые остаются после горения дров.

  • Прежде чем сделать хорошую вентиляцию, нужно внимательно ознакомиться со СНИП. Если помещение большое, то можно обойтись и пассивной вентиляцией, а если небольшое, то нужно будет устанавливать вентиляцию с кулерами, которые будут нагонять воздушные массы.
  • Перед непосредственной покупкой и установкой дымохода, нужно зайти на сайт с онлайн-калькулятором для размеров дымохода. Ведь диаметр и высоту трубы следует выбирать в зависимости от расположения котла, его мощности, а также возможности вывода через потолок или стену.

Наибольшее внимание стоит уделить вопросу пожаробезопасности, проход через стену или потолок делается с применением пожаростойких материалов

Здесь также важно руководствоваться СНИП

Подключение ТТ котла

Для грамотной работы твердотопливного котла важно предусмотреть правильную подачу теплоносителя в котел. Ведь на холодную он не должен начинать работать, так как этом случае на стенках дымохода скапливается конденсат, на который отлично оседает сажа.

Чтобы подобного не случалась, необходимо предусмотреть обвязку с байпасом и 3-ходовым клапаном.

  • Его устанавливаются на температуру примерно в 55 градусов по Цельсию, в этом случае вода будет циркулировать по наименьшему контуру до тех пор, пока его температура не достигнет нужного уровня, затем клапан будет приоткрывать и понемногу добавлять теплоноситель из основного контура.
  • Котел подключается к готовому контуру из полипропиленовых труб с радиаторами, в верхней точке ставится расширительный бачок, а в нижней циркуляционный насос (если у вас не естественная циркуляция).

Виды устройства, которые можно создать самому

Котёл следует начинать строить с задумки. Первым этапом должен стать выбор вида создаваемого изделия. В ряде случаев можно подобрать вид по имеющимся деталям, по особенностям конфигурации оборудования, а также по личным потребностям создателя. Только после рассмотрения собственных возможностей, следует подбирать чертежи. В конечном результате следует выбрать котёл длительного горения по параметру направления сгорания топлива:

  • Нижнее. Топливо поджигается снизу (таким способом работает большинство котлов).
  • Верхнее. Топливо загорается вверху и постепенно сгорает к нижнему уровню.

Котлы с нижним направлением горения можно разделить на два вида:

  • Традиционный. Подаваемые твердотопливные элементы возгораются и сжигаются в одном отделении. Выход дыма осуществляется с помощью стандартной трубы для вывода дыма.
  • Шахтные. Здесь имеется две камеры. Одна служит для подачи топлива, а другая является теплообменником.

Также рассматривается несколько вариантов по способу сжигания. Котёл может иметь стандартную схему поглощения топлива. Здесь процесс осуществляется таким же способом, как и при стандартных обстоятельствах. Ярким примером является печь в частном доме. Котёл с пиролизным сжиганием имеет особую схему, которая подразумевает выделение древесного газа с последующим его воспламенением.

Немаловажным отличием является и теплообменник. Этот элемент изготавливается по особой технологии. Существует несколько способов решения вопроса с его созданием. Помимо особенностей теплообменника котёл для процесса горения может использовать уголь и дрова, или только один из представленных вариантов топлива. В этом случае следует заранее рассчитать резонность использования определённого топлива. От этого выбора будет зависеть конструкция самого изделия.

Достоинства и недостатки

Как было сказано выше, данная разновидность водонагревателей пользуется сегодня завидным спросом. Это можно объяснить следующими преимуществами:

  1. Устройство является полностью автономным, то есть его работа не зависит от функционирования какой-либо централизованной сети энергоснабжения.
  2. Топливо обходится дешевле газа, особенно если в этом качестве используются отходы деревообрабатывающей промышленности или сельского хозяйства.
  3. Для установки твердотопливного водогрейного котла не нужно оформлять разрешение и приглашать специалистов, как в случае с газовым котлом.
  4. По сравнению с обычными твердотопливными котлами водогрейные имеют небольшой вес, а предъявляемые к ним требования являются более мягкими.
  5. Такие приборы редко снабжаются автоматикой, поэтому отказы в работе у них почти никогда не случаются.
  6. Обслуживание котла состоит в очень простых действиях (удаление сажи и золы), так что для него не требуются какие-то специальные знания или высокая квалификация.
  7. Долговечность. Водогрейный котел может эксплуатироваться десятилетиями, что подтверждается предоставляемой производителем гарантией: обычно она составляет 15 лет.
  8. Стоимость является более чем доступной.

Вместе с тем, потенциальному пользователю следует заранее знать и о характерных недостатках:

  1. Работа водонагревателя не может быть автоматизирована. Пользователю самому приходится подкладывать топливо и следить за температурой воды в баке.
  2. Поскольку водогрейный котел стремятся делать предельно простым и дешевым, какие-либо меры по повышению его экономичности не предусматриваются. Соответственно, он является весьма прожорливым и запас топлива для него потребуется довольно большой.

Для того чтобы правильно подключить котел к отопительной системе, необходимо знать некоторые нюансы. Обвязка твердотопливного котла отопления – схема и дополнительные контуры.

Для чего используется инвертор для котлов отопления, расскажем тут.

Владельцы газовых котлов должны знать, как устроено данное оборудование, чтобы уметь выполнять простой ремонт без вызова мастера по каждому поводу. Подробно об устройстве газового котла смотрите на этой странице.

Устройство и принцип работы

В основе принципа длительного горения лежит снижение скорости сгорания топлива за счет уменьшения подачи воздуха. Кислород в первичную камеру сгорания подается в количестве, достаточном для тления, но не обеспечивающем интенсивное горение.

Во время медленного окисления древесины выделяются газообразные углеводороды, получившие название пиролизных газов. Сам процесс органического разложения древесных волокон под действием высокой температуры называется приролизом.

Дожигание продуктов окисления во вторичной камере на длительность горения топливной закладки не оказывает существенного влияния, однако существенно увеличивает общую эффективность работы котла на дровах. Это связано с тем, что при сгорании вторичных газов выделяется значительно больше тепловой энергии чем при интенсивном горении дров.

Энергозависимые установки длительного горения

Компоновка дровяных котлов длительного горения предполагает расположение основной топочной камеры непосредственно над зоной сжигания вторичных газов, а сообщение между ними осуществляется через специальные керамические форсунки, способные работать при температуре от 800 до 1000 С. Днище главного топливного отсека оборудовано специальной термостойкой постелью, чаще всего из шамотного кирпича или керамобетонных блоков.

Направленное движение воздуха (тяга) обеспечивается с помощью нагнетающего вентилятора, от частоты вращения которого зависит количество кислорода в рабочей зоне. На основании данных, полученных от температурного датчика, автоматическая система управления (АСУ) может увеличивать или уменьшать угловую скорость крыльчатки. К достоинствам такой схемы можно отнести высокую точность регулировки. Кроме этого, воздух, проходя через верхний топочный бункер, нагревается, что упрощает процесс воспламенения пиролизных углеводородов.

Интенсивность циркуляции теплоносителя в отопительном контуре регулируется насосом, который также подключается к АСУ. Если температура теплоносителя снижается, автоматически увеличивается подача воздуха.

Точность регулировки и экономичность энергозависимых дровяных котлов отопления длительного горения обеспечивают значительную экономию дров, что за весь отопительный сезон выливается значительную сумму. Однако не следует сбрасывать со счетов тот факт, что при отсутствии электропитания, такой котел становится бесполезной грудой металлолома, поскольку естественная тяга в таких конструкциях, как правило, не предусматривается.

Энергонезависимые дровяные котлы длительного горения

Несмотря на то что экономичность и производительность таких установок заметно ниже, чем установок оснащенных АСУ, они совершенно не зависят от наличия электроэнергии, что является их существенным плюсом. К недостаткам таких систем относится, прежде всего, сложность настройки.

У такого котла на дровах регулировка подачи кислорода производится открытием специальной заслонки, имеющей кинематическую связь с биметаллическим терморегулятором, расположенным на верхней крышке изделия.

После розжига дровяной закладки и получения устойчивого горения заслонку приводят в рабочее положение, уменьшая тем самым количество воздуха в первичной камере сгорания и обеспечивая оптимальные условия для химико-термического окисления древесного горючего. Горячие пиролизные газы, под действием естественной тяги, поступают в верхнюю камеру сгорания, где смешиваются с разогретым вторичным воздухом, вследствие чего воспламеняются.

Циркулирующий в водяной рубашке теплоноситель быстро нагревается за счет контакта с горячими стенками камеры сгорания. Высокую производительность таких конструкций обеспечивает большая площадь теплообменника.

Отопительные котлы на дровах обратного горения

Главной особенностью таких устройств является то, что процесс первичного сжигания происходит в направлении от верхних слоев к нижним.

Конструкция представляет собой вертикально расположенный цилиндр со штоком и прижимным диском, обеспечивающим равномерное распределение воздуха по всей поверхности горения.

Образовавшиеся в результате пиролиза газы поступают в верхнюю часть корпуса, где смешиваются с предварительно разогретым вторичным воздухом и воспламеняются. Раскаленная боковая поверхность непосредственно контактирует с теплоносителем, поступающим в контур отопления через выходной патрубок. Для большей эффективности, прибор может быть установлен в защитный кожух, а образовавшаяся полость заполнена пенополиуретаном или другим негорючим теплоизолятором.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий