Котлы отопления на дровах длительного горения и твердом топливе

Классические твердотопливные котлы с привычным способом сжигания

Самый яркий представитель таких котлов – обычная печь, только выполненная из стали. Топливо укладывается на колосниковую решетку и сгорает, нагревая водяной контур пламенем.

Чтобы повысить КПД обычного котла устраивают повороты, вваривают поперек дымохода трубы, пропускающие теплоноситель и т. д. Могут быть горизонтальными или вертикально направленными.

Устройство котла длительного горения изнутри

Горизонтальные топки, как правило, ниже и имеют сверху варочную поверхность, отдающую тепло непосредственно в помещение. Конструктивно возможно соединение таких котлов с кирпичной трубой или колодцами классической печи, что значительно повышает их теплоотдачу.

Кирпичные колодцы, проводящие горячие дымовые газы, не только повышают КПД сгораемого топлива, не давая газам вылетать прямо на улицу, но и служат аккумуляторами тепла.

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.

Виды твердотопливных котлов

По материалу теплообменника котлы на твердом топливе бывают:

стальные;
чугунные.

Чугунные более долговечные, но они очень тяжелые и очень неудобны в обслуживании.

Технологически не возможен выпуск многоканальных чугунных теплообменников, так как чугунные детали могут изготовляться только методом литья. Так же невозможно приварить отдельный элемент теплообменника к чугунной секции. Чугунные теплообменники имеют меньшую площадь теплообмена, а значит и меньший КПД.

Стальной котел на твердом топливе имеет меньший запас прочности. Это обусловлено тепловым расширением стали.

В процессе многолетней работы такого котла такой процесс разрушает структуру теплообменника. Но, как правило, качественные стальные котлы на твердом топливе могут работать не менее 15 лет.

Далее котлы отопления делятся по типу загрузки топлива:

с ручной загрузкой топлива;
с автоматической подачей.

Котел с автоматической подачей топлива работает на специальных гранулах, особенностью которых является низкий процент золы, влаги и их сыпучесть.

Последняя особенность позволяет им легко попадать с бункера в горелку котла отопления с помощью специального винтового привода. Полного бункера хватает на 3 – 5 дней беспрерывной работы.

Существуют системы для накапливания гранул в отдельных специально оборудованных больших помещениях.

Туда наполняется топливо в таком количестве, чтобы хватило на целый отопительный сезон. С этого склада организуется подача с помощью шнекового или пневматического привода прямо в котел отопления.

Такое оборудование также имеет функцию автоматической чистки теплообменника и управления всеми процессами с помощью мобильного телефона. Это дает возможность работать системе отопления целый сезон без человеческого вмешательства.

В основном люди могут позволить себе купить твердотопливный котел небольших габаритов с маленькой камерой для загрузки топлива. Они горят на одной загрузке не более 6 часов. Это и есть их недостаток.

Так как мы не можем отлучится с котельной на очень продолжительное время. Их плюс – это сравнительно небольшая цена и маленькие габаритные размеры.

Есть еще один вид котлов на дровах и угле – это котлы – плиты.

Они подходят не только для отопления помещений, но и для готовки пищи. Принцип их работы такой же как и в простых котлах. Они имеют водяной объем, который передает тепло в систему отопления.

Но их особенность, это наличие варочной поверхности на которой и осуществляется готовка пищи. Как правило они могут гореть не боле 4 – 6 часов и имеют небольшую стоимость и небольшие габариты.

Кроме это отметим 4 основные конструкции котлов для дома:

Пеллетные твердотопливные котлы.
Зачастую имеют конструкцию котлов длительного горения, но в нижней дверце расположена специальная пеллетная горелка, на которую, в автоматическом режиме, подаются пеллеты из бункера.
Запаса такого бункера хватает на 2-5 дней. Иногда комплектуются аварийной чугунной решеткой, на которой можно сжигать обычное твердое топливо — дрова или уголь.

Также котлы могут быть одноконтурными и двухконтурные.

Одноконтурный котел – это устройство, которое предназначено лишь для отопления помещения. То есть, для подогрева воды в данном случае вам необходимо будет предусмотреть что-нибудь другое. Конструкция такого устройства состоит из теплоносителя и спирали. Теплоносителем может выступать вода или специальный антифриз.

Твердотопливные двухконтурные котлы отопления в свою очередь имеют две функции, применяясь для отапливания помещения и нагрева воды. Такие устройства имеют в своем составе две спирали. Нагреваясь в котле, вода проходит по трубам по всему помещению, возвращается в котел и оттуда попадает в водопровод.

Устройство, принцип работы и технические характеристики

Разные виды котлов длительного горения различаются по своей конструкции, принципу работы, а также имеют свойственные именно им достоинства и недостатки, вследствие чего их следует рассматривать раздельно друг от друга.

Шахтный котёл длительного горения

Конструкция котла верхнего горения представлена на следующем рисунке, где видно, что основными элементами подобных агрегатов являются:

корпус, на котором смонтированы элементы управления работой (регулятор подачи воздуха, дверцы загрузки топлива и зольника, дымоход);
камеры подогрева воздуха и сжигания топлива;
трубка подачи и распределитель воздуха;
патрубки для подключения к системе отопления.

Устройство и внешний вид агрегата шахтного типа

Шахтный котёл может быть выполнен как независимый источник тепла или быть элементом системы отопления, как показано на приведённом выше рисунке. В этом случае котёл такой конструкции называется одноконтурным с водяным контуром. Работа отопительного котла данного типа осуществляется следующим образом:

после закладки топлива и его розжига регулятор подачи воздуха открыт, он обеспечивает его поступление в верхний слой уложенного топлива через подвижный распределитель;
по мере того как топливо прогорает, распределитель опускается вниз, тем самым обеспечивая подачу воздуха в его более низкие слои;
топливо равномерно сгорает слой за слоем, выделяя при этом горючий древесный газ;
газ поступает во вторую камеру (камеру дожига), где воспламеняется и, сгорая, выделяет большое количество тепловой энергии;
в корпусе котла смонтирован водяной контур, по которому циркулирует теплоноситель системы отопления, поэтому вся площадь котла является его теплообменным элементом.

Основными техническими характеристиками подобного оборудования являются:

мощность, измеряемая в киловаттах (кВт);
отапливаемая площадь (м2);
количество топлива, доступного к размещению в топочной камере (м3 и кг);
размер дров, возможных к использованию, (см) – для котлов, работающих на дровах;
количество воды в рубашке котла;
длительность горения одной закладки;
КПД;
максимально возможное давление в системе отопления;
геометрические размеры котла в целом и его отдельных элементов;
масса.

Пиролизный котёл длительного горения с водяным контуром

Конструкция пиролизного котла предполагает подачу воздуха сверху на заложенное топливо (дрова), что обеспечивается системойего первичной подачи. Заложенные дрова после разжигания начинают тлеть, что достигается конструкцией котла, обеспечивающей ограниченную подачу воздуха на этом этапе работы.

Устройство твердотопливного пиролизного агрегата

Древесный газ, выделяемый при этом (эффект пиролиза), поступает во вторую камеру, где осуществляется его смешивание с вторичным воздухом и сжигание. Вследствие того, что процесс пиролиза топлива происходит длительное время, то и работа котла на одной закладке также достаточно продолжительна. Пиролизный газ, сгорая, отдаёт своё тепло теплоносителю, циркулирующему в теплообменнике котла, работающего на твёрдом топливе, оснащённого водяным контуром и подключаемого к системе отопления. Основными техническими характеристиками котлов пиролизного вида являются:

тип используемого топлива;
материал, используемый при изготовлении;
длительность горения на одной закладке (часов);
мощность (кВт);
отапливаемая площадь (м2);
количество контуров;
КПД;
расход топлива (кг/ч);
размеры котла, топки и прочих конструктивных элементов;
масса (кг).

Разновидности котлов длительного горения

Кроме того, что котлы длительного горения различаются по своей конструкции (виду), они ещё могут иметь различия по таким параметрам, как наличие системы автоматики и разное количество водяных контуров. Наличие двух контуров в конструкции котла позволяет его использовать не только для отопления, но и как источник горячего водоснабжения. В таких моделях один внутренний контур агрегата включается в систему отопления, а второй – в систему горячего водоснабжения. Котёл твердотопливный автоматический – это комплекс технических средств, обеспечивающих работу отопительного устройства без участия человека в этом процессе. Наибольшая степень автоматизации у котлов, использующих в качестве топлива пеллеты (топливные гранулы), изготавливаемые из отходов деревообрабатывающих производств (опилки, щепа и т.д.).

Модель «Viessmann Vitoligno 100-S»

Процесс сборки

Процесс создания котла включает несколько этапов. При изготовлении каждого элемента стоит учитывать особые условия эксплуатации изготавливаемого изделия.

Отрезаем от толстостенной трубы диаметром 100 мм отрезок, длина которого будет равна высоте топки. К нижней части привариваем болт. Из стального листа вырезаем круг такого же диаметра, как труба или большего. Просверливаем в круге отверстие, достаточное для прохождения болта, приваренного к трубе. Соединяем круг и воздуховодную трубу, закрутив гайку на болт.

В итоге мы получим трубу для подачи воздуха, нижняя часть которой может закрываться свободно двигающимся металлическим кругом. В процессе эксплуатации это позволит регулировать интенсивность горения дров и, следовательно, температуру в помещении.

С помощью болгарки и диска по металлу делаем в трубе вертикальные прорези толщиной приблизительно 10 мм. Через них воздух будет поступать в топочную камеру.

Корпус (топка)

Для корпуса потребуется цилиндр с герметичным дном диаметром 400 мм и длиной 1000 мм. Размеры могут быть иными, в зависимости от имеющегося свободного пространства, но достаточными для закладки дров. Можно использовать готовую бочку или приварить к стальному толстостенному цилиндру днище.

Иногда котлы для отопления изготавливают из баллонов из-под газа для более длительного срока службы.

Дымоход

В верхней части корпуса формируем отверстие для отвода газов. Его диаметр должен быть не менее 100 мм. К отверстию привариваем трубу, через которую будет осуществляться отвод отработавших газов.

Длина трубы выбирается в зависимости от конструктивных соображений.

Соединяем корпус и устройство подачи воздуха

В днище корпуса вырезаем отверстие диаметром равным диаметру воздухоподающей трубы. Вставляем трубу внутрь корпуса таким образом, чтобы поддувало выходило за пределы днища.

Из металлического листа толщиной 10 мм вырезаем круг, размер которого немного меньше диаметра корпуса. Привариваем к нему ручку, изготовленную из арматуры или стальной проволоки.

Это значительно упростит последующую эксплуатацию котла.

Конвекционный кожух

Из листовой стали изготавливаем цилиндр или отрезаем кусок трубы, диаметр которой на несколько сантиметров больше наружного диаметра топки (корпуса). Можно использовать трубу диаметром 500 мм. Соединяем вместе конвекционный кожух и топку.

Сделать это можно с помощью металлических перемычек, привариваемых к внутренней поверхности кожуха и наружной поверхности топки, если зазор получился достаточно большой. При меньшем зазоре можно приварить кожух к топке по всему периметру.

Из стального листа вырезаем круг такого же диаметра как топка или чуть больше. Привариваем к ней ручки, используя электроды, проволоку или другие подручные средства.

Учитывая, что в процессе эксплуатации котла ручки могут сильно нагреваться, стоит предусмотреть специальную защиту из материала с низкой теплопроводностью.

Ножки

Для обеспечения длительного горения к дну привариваем ножки. Их высота должна быть достаточной, чтобы поднять дровяной котел минимум на 25 см над уровнем пола. Для этого можно использовать различный прокат (швеллер, уголок).

Поздравляем, вы изготовили дровяной котел своими руками. Можно приступать к обогреву дома. Для этого достаточно загрузить дрова и поджечь их, открыв крышку и теплорассеивающий диск.

Несмотря на то, что наука и технологии ушли далеко вперед, не стоит отрицать, что даже сегодня использование таких приборов, как котлы дровяные для отопления дома, является распространенным.

Большинство моделей современных дровяных котлов сегодня сочетают в себе такие два элемента: традиционный источник тепловой энергии – дрова, а также систему парового отопления, которая вошла в обиход относительно в недавнем времени – 100-150 лет назад.

Для тех, кто проживает в городе, может показаться странным подобное гонение за традициями древности в виде дровяных котлов. Однако этого нельзя сказать о деревнях и селах. Ведь здесь нет проходящей газовой магистрали, электричество скачет, да и оплачивать счета будет дорого. Именно в таком случае котлы дровяные для отопления дома станут единственным спасением для людей в холодную пору.

Определение с параметрами проекта

Точного определения данному понятию нет. Соответствующее оборудование появилось, как ответ на требования потребителей повысить уровень комфорта в процессе эксплуатации, увеличить выработку тепла в расчете на единицу использованных энергетических ресурсов.

Основным недостатком классических котлов является необходимость регулярного добавления топлива в топку. Сложности создают также следующие факторы:

Разные конструкции

Для решения отмеченных выше задач используют различные решения. Чтобы не закладывать часто новые порции топлива увеличивают размеры топки. Сделать процесс горения равномерным помогает размещение сверху прижимного устройства, дозированная подача воздуха.

Создать чертежи твердотопливных котлов длительного горения своими руками будет проще после подробного изучения стандартной конструкции:

Недостатком данной конструкции является невозможность произвольной закладки дров в топку. Существенное преимущество – повышенная до 24 часов и более длительность одного рабочего цикла.

В следующей конструкции топливо можно подкладывать по мере необходимости. Здесь использована технология пиролиза. Она характерна дозированной подачей кислорода и низкой интенсивностью горения. Тлеющие дрова выделяют горючий газ. Он сгорает в дополнительной камере.

Эта установка полноценно использует топливо. В продуктах сгорания содержится минимальное количество сажи. Сложной является оптимальная регулировка рабочих процессов.

Газовые и дизельные агрегаты лишены упомянутых недостатков по причине простоты дозирования соответствующих видов топлива. Подобный результат можно получить, если использовать специальным образом спрессованные гранулы из отходов деревообработки, шелухи семечек, иного горючего сырья.

В данном варианте гранулы (пеллеты) засыпают в бункер, откуда они подаются шнековым механизмом в топку. Понятно, что такая конструкция позволяет при необходимости быстро увеличивать и уменьшать подачу топлива. Гибкое изменение производительности котла пригодится для оптимизации работы при изменении внешней температуры, подключении дополнительных потребителей. С гранулами не слишком сложно работать при транспортировке, хранении.

Повышают эффективность котлов с помощью сложных структур выходных узлов. В таких конструкциях повышается температура теплоносителя. Аналогичные функции выполняют полые стенки корпуса.

Чертежи твердотопливных котлов длительного горения своими руками

Прежде чем искать соответствующую документацию, необходимо точнее определиться с конструкцией. Предпочтительной является первая схема твердотопливного котла длительного горения, своими руками ее будет создать проще.

Для отопления сравнительно небольшого частного дома с общей площадью 150-250 м. кв. достаточно будет следующих размеров:

При высоте чуть более 1,5 метра и ширине около 40 см не сложно будет найти подходящее место для установки. Но надо учитывать необходимость создания технологических проходов для обслуживания. Понадобится свободное пространство сверху для монтажа лебедки и другого оборудования.

Для реализации частных проектов не обязательно соблюдению ГОСТов. Но чем подробнее получился чертеж твердотопливного котла длительного горения своими руками, тем проще будет исключить ошибки на ранних стадиях.

Основные преимущества и недостатки котельного оборудования шахтного типа

Для дачного дома или загородного гостевого дома, такой вид отопительной техники представляет собой настоящую находку. Не всегда есть возможность получить для использования идеальное топливо. Сухие дрова в холодное и сырое время года – явление достаточно редкое. Для других нагревательных приборов такое состояние дров может стать причиной низкой работоспособности отопительной техники. Шахтные нагревательные приборы подобными недостатками не страдают.

Установив у себя в доме такое отопительное оборудование, вы получаете следующие преимущества:

агрегат работает практически на любом виде твердого органического топлива;
агрегаты способны работать на разных режимах работы (широкий диапазон мощности);
оборудование экономично. Одной закладки хватает на 12-24 часа;
длительная и непрерывная работа на протяжении всего отопительного сезона;
агрегаты этого типа отличаются энергонезависимостью;
простота конструкции и удобство в обслуживании (зола удаляется во время работы агрегата);
высокий уровень безопасности работающего агрегата.

Котлы длительного горения: особенности конструкции, принцип работы

Классические твердотопливные котлы с привычным способом сжигания

Устройство и принцип работы

Виды твердотопливных котлов