С прогрессирующим ростом цен на природный газ и другие виды газообразного и жидкого топлива, многие владельцы частных домов начали всерьез задумываться о переводе своих систем отопления на другие более доступные виды топлива. Альтернативой и серьезным конкурентом газообразному топливу и газовым котлам является твердое топливо и соответственно твердотопливные котлы.

Твердотопливные котлы- это котлы работающие на таких видах топлива как - дрова, уголь, древесные гранулы, брикеты, а также на комбинированном сырье, отходах столярного производства. Сжигание топлива в котлах происходит под атмосферным давлением, то есть, в естественных условиях. Котлы на твердом топливе – своеобразный прототип русской печи, но в разы модернизированный и усовершенствованный. Общим недостатком твердотопливных котлов является необходимость периодической закладки топлива, что требует постоянного обслуживания котла. В зависимости от типа, конструкции котла и режима работы, время между закладками может составлять от нескольких часов, до двух-трех дней. Более того, некоторые модели позволяют установить дополнительный бункер с топливом и осуществлять его автоматическую подачу в зону горения. Это позволяет увеличить интервал обслуживания котла до нескольких суток. Разумеется, в таком случае топливо должно быть мелкодисперсным, сыпучим - пеллеты или гранулированный уголь, а не дрова.

Твердотопливные котлы классифицируют

 

I) По способу сжигания топлива твердотопливные котлы делятся на

- классические (котлы с прямым сжиганием топлива),

- пиролизные (газогенераторные).

 

 

К классическим котлам относятся котлы с прямым сжиганием топлива. В камеру сгорания закладывается топливо, которое горит, пламя нагревает находящийся сверху теплообменник и проходящий через него теплоноситель. Недостатком таких котлов является невысокий КПД, соответственно большой расход топлива и как следствие необходимость частой его закладки.

В основу работы пиролизного котла положен принцип пиролизного сжигания топлива. Под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный уголь (кокс). Пиролиз древесины осуществляется при температуре 200 - 800°С. Этот процесс происходит с выделением тепла, за счет чего осуществляется прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха. Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего. Пиролизные котлы более экономичны и следовательно имеют больший КПД. В процессе пиролизного горения образуется минимальное количество сажи и золы, поэтому котел реже, чем обычный, нуждается в чистке.

 

II) по материалу теплообменника:

- чугунный

- стальной

Отопительные котлы на твердом топливе разделяются по типу материала теплообменника: сталь или чугун, при этом топливные ресурсы у них идентичные. Чугунные котлы на твердом топливе относятся к более долговечным, потому что этот материал имеет свойство долго нагреваться и медленно остывать.

Стальные котлы более устойчивые к температурным «капризам», но свои нюансы тоже имеются – слабость к коррозии, а причина этому явлению конденсат. Чугунному котлу такое воздействие не страшно, но в любом случае длительность службы зависит от качества стали, толщины и факта должного обращения с оборудованием.

 

III) по виду потребляемого топлива:

- на дровах

- на угле

- на пеллетах

- на щепе

 

IV) по способу загрузки топлива котлы бывают

- с ручной загрузкой,

- оборудованные устройствами автоматической подачи топлива (шнеками),

 

получившие широкое распространение в европейских странах. Котлы с подачей могут работать в зависимости от типа горелки на таких видах топлива как уголь фракцией до 25 мм, пеллетах, сухой древесной стружке. Самое главное преимущество в том, что, загрузив бункер один раз, к котлу не нужно обращаться долгое время от трёх до семи и более дней в зависимости от размеров бункера. КПД этих котлов довольно высокий, выбросы в атмосферу минимальны, установленная температура поддерживается стабильно, что позволяет использовать погодозависимые программаторы. Естественно, для работы этих котлов необходимо автономное электрическое питание - простым бесперебойником здесь не обойтись.

 

V) по типу автоматики управления котлом

- энергонезависимые, с механическим управлением(приток воздуха регулируется механическим регулятором тяги);

- энергозависимые с электронным управлением(обычно приток воздуха регулируется нагнетающим вентилятором, управляемым электронным блоком управления)

Механически управляемые котлы — энергонезависимые приборы. Их отличает то, что они могут без проблем работать в гравитационных системах. Принцип их работы в регулировании тяги воздуха механическим путем. Установка мощности в таком устройстве заключается в попеременном открытии или закрытии шлюзов для тяги в котле. Большой недостаток такой системы в высокой прямолинейности в управлении температурой воды. Это значит, что настраивать уровень необходимого выделения тепла придется постоянно вручную. Разница в температуре нагреваемой воды колеблется в пределах 200С.

С электронным управлением. Регулирование необходимой температуры воды в связи с мощностью выделяемой котлом, происходит в автоматическом режиме. У котлов, оснащенных электронным управлением, автоматизирован процесс «поддува» воздуха для увеличения эффективности повышения температуры горения топлива. КПД таких систем очень высокий. Регулирование температуры воды происходит плавно. Недостатком этой системы можно назвать ее полную энергозависимость.

Классический твердотопливный котел

Классические (традиционные) котлы являются самыми дешевыми, и они способны достаточно эффективно обеспечивать теплом необходимые объекты.

Современные котлы традиционного горения бывают оснащенными вентиляторами и модулями управления. У некоторых из них установлены модули управления циркуляционными насосами системы отопления. Благодаря простоте конструкции, их легко использовать. При горении в твердотопливном котле используется обычный процесс горения, как и в любой печке. Процесс горения снизу вверх.

Твердотопливные котлы традиционного горения изготавливаются как из стали, так из чугуна.

В классических твердотопливных аппаратах часть энергии вместе с дымом выбрасывается в атмосферу, что приводит к неэкономному расходу топлива и неэффективной работе устройства в целом. КПД таких котлов обычно не превышает 40-50%.

Пиролизные газогенераторные котлы

В пиролизных-газогенераторных котлах процесс сжигания топлива протекает иначе. Внутри котла находятся две камеры. В верхнюю камеру, на колосник, загружают топливо и производят первичный поджег. Затем, в условиях недостатка кислорода, происходит нагрев топлива, как правило древесины, до высокой температуры около 450 - 600 С, благодаря чему образуется горючий пиролизный газ. Этот процесс как раз и называется пиролизом. Под действием искусственной тяги газ поступает в нижнюю камеру, смешивается с воздухом и сгорает при температуре 800-1200 С , образуя гораздо большее количество тепловой энергии, чем в случае прямого сжигания топлива. В то же время, на пути к дымоходу, дымовые газы проходят через теплообменник и температура дымовых газов, при условии правильной работы пиролизного котла, находится в районе 150 градусов, что не налагает высоких требований к дымоходам, в плане жаропрочности и коррозионной стойкости.

 

Пиролизные котлы обладают высоким КПД 80-95% и продолжительным временем горения от 6-12 часов, до суток и более. По сравнению с классическими котлами они потребляют гораздо меньше топлива, но для достижения максимальной эффективности их нужно топить сухими дровами. К примеру древесина влажностью 20% дают в два раза больше тепловой мощности чем при влажности 50%.

Движение воздуха внутри пиролизного котла осуществляется принудительным надувом при помощи вентилятора (дымососа), благодаря чему появляется возможность достаточно точной регулировки мощности котла. В более продвинутых моделях могут присутствовать автоматизированные заслонки подачи воздуха, а вся система в целом регулироваться автоматикой.

В определенных условиях, недостатком большинства пиролизных котлов является необходимость подключения их к электросети, что затрудняет построение полностью автономной системы теплоснабжения, хотя и не исключает ее полностью. Автоматика и вентиляторы пиролизных котлов потребляют небольшую мощность в диапазоне 50-200 Вт, что при наличии автономного источника электроэнергии позволяет обеспечить питание котла. В тоже время встречаются альтернативные конструкции пиролизных котлов не нуждающиеся в электроснабжении.

 

Твердотопливный пиролизный котел длительного горения

Отдельной разновидностью котлов являются так называемые твердотопливные котлы длительного горения. Их отличает вертикальная, как правило цилиндрическая форма и большая высота 1,5-2 метра. В отличие от классических котлов, где партия топлива поджигается сразу, топливо в котлах длительно горения сгорает послойно, причем сверху вниз. Происходит это благодаря особому распределению воздуха внутри котла. Если в традиционном котле воздух поступает снизу, то у котлов длительного горения все происходит наоборот.

Внутри, в верхней части котла находится телескопическая труба с распределителем воздуха на конце, который опирается прямо на верхние загруженные поленья или угли. Воздух подается по трубе через распределитель. Благодаря этому зона горения всегда находится только в верхней части топливной загрузки и составляет 15 - 20см в толщину. По мере прогорания топлива распределитель воздуха опускается под собственным весом, и зона горения смещается вниз. Таким образом, постепенно сгорает вся партия топлива, после чего трубу поднимают в исходное положение при помощи специального встроенного троса.

Теплообменником у котлов длительного горения является сам их корпус. Он имеет двойные стенки, пространство между которыми заполнено водой (теплоносителем). Наружные стенки дополнительно теплоизолируют, чтобы уменьшить потери тепла и сделать внешнюю поверхность не слишком горячей.

Применяемый метод сжигания позволяет повысить КПД котла, и значительно увеличить длительность работы на одной загрузке. В зависимости от интенсивности режима, модели котла, время работы котла длительного горения на одной загрузке может составлять от 6 до 36 часов.

 

Пеллетные котлы

Пеллетный котел – это твердотопливный котел, который в качестве топлива использует древесные топливные гранулы. Древесные гранулы изготавливаются из древесных отходов: стружек, опилок и прочих остатков от деревообрабатывающей промышленности.

По своей сути пеллетный котел мало, чем отличается от традиционного твердотопливного котла, в котором происходит сжигание древесины. Основное отличие заключается в том, что пеллетный котел кроме топочной камеры, снабжен специальным бункером и автоматикой для подачи топлива.