Твердопаливний котел

Твердопаливний котел – пристрій для генерації тепла, що використовує тверде паливо. В якості палива можуть виступати всі види вугілля,  дрова, щепу, тирса, деревні обо торф’яні брикети, пелети, продукти переробки сільськогосподарського, харчового, целюлозного, меблевого та деяких інших виробництв.

В залежності від моделі, твердопаливний котел може працювати на кількох видах палива або лише на одному. Як правило, генератори під один вид палива мають вищий ККД (коефіцієнт корисної дії).

Раніше такі агрегати не вирізнялись автоматизацією. Сучасний твердопаливний котел може автоматично підтримувати задану температуру води за допомогою спеціального регулятора, який відкриває / прикриває заслінку в залежності від температури теплоносія. Такий пристрій не вимагає електроенергії. Більш сучасний спосіб автоматизації горіння змінювати кількість повітря, яке подається в камеру згоряння, за рахунок зміни потужності вентилятора (димососа).

Зазвичай такий котел вимагає правильно підібраного та змонтованого димаря для відведення продуктів згоряння. Природня тяга залежить, в першу чергу, від висоти димаря.

Конструкція твердопаливного котла
Класифікація твердопаливних котлів

Матеріал теплообмінника
Потужність
Вид палива
Тип згоряння палива
Димохід
Автоматизація
Тип загрузки палива

Переваги та недоліки
Особливості експлуатації
Вибір твердопаливного котла

Конструкція твердопаливного котла

Конструкції котлів на твердому паливі бувать різними в залежності від типу. Традиційний, піролізний, довготривалого горіння, пелетний агрегати мають різну конструкцію. Розглянемо конструкцію класичного твердопаливного котла – він найбільш поширений.

Такі ще називають котлами прямого горіння. В силу простої конструкції такі теплоагрегати найдешевші з усіх і тому купуються домовласниками найчастіше.

Традиційні агрегати найбільш популярні серед домашніх майстрів, які можуть зробити твердопаливний котел своїми руками. Креслення з виготовлення традиційних теплогенераторів відшукати нескладно. Агрегати можна умовно розділити на 2 типи:

• енергонезалежні, що працюють на природній тязі димоходу;
• наддувні, з примусовим нагнітанням повітря.

Перші функціонують за принципом звичайної печі, тільки з водяною сорочкою зверху. Об’ємна камера сгоряння розташовується над зольником і відокремлена від нього колосниками. Повітря з приміщення надходить в топку через заслінку в дверцятах зольника і колосники. Його кількість регулюється термостатом з ланцюговим приводом.  В залежності від температури води котлі механічно змінюється положення заслінки. Нижче зображена схема класичного твердопаливного котла:

 

Димові гази, що виділяються в топці, проходять вздовж теплообмінника через який протікає теплоносій. Залежно від конструкції обігрівача, продукти горіння можуть зробити 2, 3 або й більше ходів по газоходу. Віддавши більшу кількість тепла, гази викидаються назовні за допомогою димоходу.

Енергонезалежні твердопаливні агрегати не можуть похвалитися високим ККД, максимум – 75-80%. Тривалість горіння залежить від об’єма камери сгоряння, режиму роботи, якості палива.

Другий тип котлів – більш продуктивний, їх ККД досягає 85-87% за рахунок примусової подачі повітря вентилятором (або видалення димососом). Пристрій такої установки добре відображає схема роботи твердопаливного котла, представлена ​​нижче:

Класифікація твердопаливних котлів

Матеріал теплообмінника

Котел твердопаливний може мати сталевий або чавунний теплообмінник. Кожний варіант маєє свої переваги і недоліки.

Котли на твердому паливі зі сталевим теплообмінником дешевші, проте й срок їх експлуатації менший. Крім того, вони менш стійкі до низькотемпературної корозії при утворенні конденсату. При постійному випаданню конденсату теплообмінник може вийти з ладу через 1-2 сезони. Обов’язково підтримувати температуру не нижче 65 ° С на зворотньому трубопроводі. Також котли з стальним теплообмінником більш стійкі до температурного шоку. Його може дещо повести (сталь пластична), проте він не трісне як чавунний.

В котлах з чавунними теплообмінниками завантаження зазвичай фронтальне, через передні дверцята. Вони менш «примхливі» і стійко переносять температуру істотно нижче 65 °С.  Чавунний теплообмінник складається з секцій і якщо одна вийшла з ладу її можуть спеціалісти замінити. Котел з чавунним теплообмінником дорожчий, ніж зі стальним, але він і слугує набагато довше. При правильній експлуатації 30-50 років.

Потужність

Виробники твердопаливних котлів випускають їх в широкому діапазоні потужностей – побутові та промислові. Загалом, для приватних будинків, котеджів, дач високим попитом користуються котли потужністю від 5 кВт до 100 кВт. Таких достатньо для будинків площею від 50 до 1000 кв. метрів.
Доволі часто твердопаливний котел використовується в якості резервного, допоміжного теплогенератора і тоді його потужніть не обов’язково повинна повністю задовольняти тепловтрати будинку.

Вид палива

По виду палива розрізняють котли:

• дров’яні
• вугільні
• універсальні

Дров’яні котли призначені для спалювання деревини та продуктів її переробки. Їх можна топити дровами, деревними відходами, пресованими брикетами. Зазвичай основним паливом є дрова вологістю 12-20% (так вказують виробники). Додатково в них можна додавати тирсу, тріски, тонке гілля в кількості до 20-30%.
Особливим видом дров’яних котлів є піролізні. В них деревина на першому єтапі сгоряє за нехватки кисню з виділенням газу, який потім спалюється у вторинній камері. Для піролізних котлів деревина повинна бути обов’язково сухою, вологістю не вище 20%.
Також до деревних можна віднести і пелетні котли. Такі котли автоматизовані. В них спалюються пелети – циліндричні гранули діаметром 5-8 мм, довжиною до 1-1,5 см.

Вугільні котли призначені для спалювання бурого та кам’яного вугілля. Деревне паливо для них є резервним. Оскільки температура горіння вугілля вища, ніж у дерева, то вугільні котли мають товщі стінки теплообмінника або виготовляються з більш жаростійкого металу. Зазвичай в інструкції до обладнання вказується, яке вугілля є переважним, а яке замінником.

В комбінованих (універсальних) твердопаливних котлах можна спалювати як дерево, так і вугілля. Такі котли особливо підходять тим, хто вирішив придбати котел на твердому паливі і має рівноцінний доступ до його різних типів.

Тип горіння палива

Можна виділити три основні типи горіння:

• класичне;
• піролізне;
• верхнє.

В класичному варіанті з палива під горіння виділяються гарячі димові гази, які проходять вздовж поверхностей теплообмінника, віддають тепло та виводяться через димохід назовні. Це найпростіше рішення і такі котли найдешевші.

Піролізне горіння проходить при недостатній кількості повітря. Дрова частково горять, але більше виділяють піролізного газу. Газ спалюється у вторинній камері куди подається достатня кількість повітря. Піролізні котли більш екологічні, мають вищий ККД, але вони і дорожчі. Їх також називають газогенераторними.

Верхнє горіння це коли деревина горить зверху вниз. Такі котли вирізняються довготривалим горінням, оскільки горить не весь масив закладеного палива, а тільки верхній шар 10-20 см.

Димохід

Для якісного функціонування твердопаливного котла і забезпечення оптимальних умов для спалювання палива потрібний правильно змонтований димохід. Відведення газів може відбуватись природнім шляхом за рахунок атмосферної тяги або за рахунок примусової. Примусову подачу повітря в котел створює вентилятор, витягування – димосос.

Останнім часом найчастіше влаштовуються димоходи з нержавіючих труб. Вони вирізняються високою корозійною стійкістю та низькою шорсткістю. Для твердопаливних котлів використовують димоходи з нержавійки AISI 304, 316, 309. Остання є найбільш жаростійкою.

Автоматизація

Котел на твердому паливі порівняно складно піддається автоматизації. Горіння деревини має велику інерційність. Одномоментно розпалити дерево чи вугілля, як газ, солярку, неможливо, тому створення функціональної автоматизації є одною з головних задачдля виробників котельного обладнання.

На сьогодні є два основні методи регулювання:

• електронезалежний за допомогою регулятора тяги;
• електрозалежний за рахунок зміни частоти обертів вентилятора чи димососа.

Регулятор тяги представляє собою важіль, який через через ланцюжок звязаний з заслінкою на дверцятах. Важіль прикріплений до термостатичної гільзи, заглибленої в теплоносій. Термогільза повертає важіль при зміні температури, а він через ланцюжок відкриває або прикриває заслінку. Таким чином, регулюється кількість подаваного повітря і, відповідно, сила горіння дров. Механічний регулятор тяги твердопаливного котла пристрій простий та надійний, але не дуже точний та довгореагуючий.

Більш прогресивний спосіб автоматизації роботи твердопаливного котла за допомогою зміни частоти обертання вентилятора (димососа). В такому варіанті котел на твердому паливі оснащується мікроконтроллерним управлянням, датчиками температури теплоносія і температури в приміщенні. На основі цих данних процессор контроллера опрацьовує отриману інформацію і дає команду на збільшення або зменшення частоти обертів. При проданні електрики система перестає працювати, котел може перегрітись. Потрібно пердбачити захист від закипання.

Регулювання хоча і не сильно, але погіршує якість горіння палива. Варто мати в системі теплоакумулятор для накопичення зайвої теплової енергії.

Тип завантаження палива

Завантаження твердого палива в котел може бути:

• ручним
• автоматичним.

В ручному варіанті паливо просто закладається в камеру сгорання через відкриті дверцята. У різних типів котлів закладка може бути з лицьової сторони або зверху.

Автоматична подача палива у пелетних котлів. Паливо (пелети) знаходяться в бункері поруч з котлом та подаються на пальник шнековим або вакуумним методом. В побутових пелетних котлах зазвичай діє механічний шнековий спосіб подачі пелет. Шнеком вони забираються з бункера, підіймаються, а потім під дією гравітації по гофрованій трубі падають на приймальник пальника.
;

Переваги та недоліки

Переваги

• саме дешеве паливо
• невисока ціна класичних котлів
• є енергонезалежні моделі
• довгий термін експлуатації

Недоліки

• необхідні постійний догляд та контроль
• потребує заготівлі та зберігання палива
• важко піддається автоматизації
• поставляється в некомплектному вигляді і потребує обв’язки

Особливості експлуатації

Твердопаливний котел – ідеальне рішення для районів де немає газу, електроенергії. Особливо добре він підходить для регіонів де є деревопереробні підприємства, вугільні шахти. Він може бути як основним, так і резервним котлом. Як резервний він допоможе впоратися з піковими навантаженнями на систему опалення в морозні дні і в разі виникнення неполадок в основній системі опалення.

Такі котли є як автономні, тобто не вимагають підключення до електромережі, так і електрозалежні. Автономні тому можуть бути встановлені на дачі, де власник перебуває періодично. В цьому разі потрібно заливати в систему незамерзаючу рідину.

Абсолютно автономно від людини, як газовий чи електричний, твердопаливний котел працювати не може. Потрібно регулярно завантажувати паливо (в сильні морози через 4-6 годин), а також періодично видаляти попіл. Це є недоліком такого виду котлів.

До 2010 року, поки був дешевий газ, твердопаливні котли не користувались великим попитом. А ось з 2010-2012 років завдяки нижчим витратам на паливо він набув широкого поширення і попит на них зростає.

Пелетні котли – це сучасне і дороге обладнання, що працює на пелетах (пресовані гранули відходів деревообробного виробництва). Такі котли модуть мати ККД більше 90% і працювати в автономному режимі без втручання людини 10-20 днів. Стримуючим фактором є висока ціна на пелетні котли та і на пелети також. Хоча топити ними раза в півтора дешевше, ніж газом.

Твердопаливний котел – інерційне обладнання. Швидко перервати його роботу, навіть в разі перегріву, неможливо. Для захисту використовуються спеціальні приналежності. Так, після котла або в котлі може встановлюватися спеціальний охолоджувальний контур, куди в разі перегріву буде запускатись водопровідна вода.

Для більшої теплової віддачі та скорочення кількості завантажень можна разом з твердопаливним котлом додатково встановити ємнісний теплоакумулятор. Спеціалісти наполегливо рекомендують оснащувати твердопаливний котел теплоакумулятором. Його переваги:

• накопичує надлишкове тепло, яке можна використовувати по необхідності;
• виступає в ролі гідравлічного роздільника (розділяє котловий та опалювальний контури);
• оптимізує роботу котла, підвищує ККД;
• може вміщувати змійовик або нержавіючий бак для приготування води;
• може накопичувати тепло від декількох джерел.

Дуже важливо правильно обв’язати котел. Це впливає на безпеку експлуатації, довговічність та економічність. Один з ключових обовєязкових елементів сучасного твердопаливного котла – змішувальний вузол на зворотньому трубопроводі, який забезпечує швидкий підігрів теплоносія та захищає теплообмінник від низькотемпературної корозії.

Хоча іноді такі агрегати і встановлюють в коридорі, на кухні, кращим місцем для нього буде відділене приміщення – напівпідвал або котельня. Монтаж котла повинен виконуватись згідно норм – це безпека володаря та його сім’ї.

Вибір твердопаливного котла

При виборі твердопаливного котла слід звернути увагуна наступні фактори:

• Тип палива
  Беріть агрегат на тому паливі, яке доступне в вашому регіоні по найнижчій ціні.
• Тривалість горіння
  Чим довше, тим краще. В середньому, традиційні котли потребують завантаження раз в 4-8 годин, піролізні – 6-12 годин, верхнього горіння – раз в 12-36 годин, пелетні – раз в три 20 діб (залежно від об’єму бункера).
• Потужність
  Орієнтовно – 1 кВт на 10 кв. метрів середньоутепленого будинку.
• Матеріал теплообмінника
  Бажаєте довговічний котел – беріть чавунний. Стальний – більш дешевий.
• Обсяг завантажувальної камери
  Порівняйте котли різних виробників відповідно до однакової потужності. Чим більша камера згорання, тип довше працюватиме котел на 1 закладці палива.
• Автоматика
  Котел з вентилятором та контроллером дорожчий, зате економічніший та має менше вимог до димоходу. Якщо часто відключається електрика варто взяти котел з механічним регулятором тяги.
• Виробник
  Краще купувати твердопаливний котел від відомого виробника. На Україні до таких відносяться бренди VIADRUS, ATMOS, DEFRO, SAS, TATRAMET, ТОПКО, СВАГ, ВАРТ, ВОГНЕЗАР.