Твердотопливный котел: внутреннее устройство и принцип работы
Котлы, где теплоноситель нагревается от сжигания твердого топлива, называются твердотопливными. Агрегаты предназначены для отопления частных домов и промышленных предприятий. Твёрдотопливные котлы всегда находятся под контролем со стороны человека. Работа отопительных систем отличается экономичностью и независимостью. Наличие газа и электричества не является необходимым условием для функционирования некоторых видов агрегатов. Отопительный котел на твердом топливе используется как основное оборудование, резервное или для создания комбинированных систем отопления.
Производится несколько типов котлов, отличающихся друг от друга разновидностью закладываемого топлива, типом обогрева, способом сжигания, материалом изготовления. Подбирается отопительный твердотопливный агрегат исходя из потребностей конкретного помещения и дома. Независимо от модели котла все аппараты имеют схожий принцип работы.
Рабочие фазы твердотопливного котла
В работе агрегата выделяется три этапа — начало горения (розжиг топлива), рабочая фаза (прогрев теплоносителя), завершение работы (прогорание топлива). После прогорания топлива аппарат не заканчивает работу. Топка заправляется новым количеством дров, угля или пеллет. Рабочий цикл начинается заново. Твердотопливные агрегаты оберегаются от резких перепадов температуры — необходимо вовремя возобновлять рабочий цикл.
Начало горения или розжиг топлива
Закладка топлива в специальную камеру и розжиг производятся вручную. Для розжига нельзя применять специальные жидкости. Для моделей, где имеется конструктивная возможность, дальнейшая подача топлива производится автоматически. По этому принципу работает автоматический твердотопливный котел.
За 10 минут температура топлива достигает 600°С. Одновременно с этим процессом идет прогрев теплообменника, через который энергия горения передается сначала трубам, а затем теплоносителю. Выделяется ряд опасностей на этапе розжига:
- Тепловой удар по системе отопления
- Тепловой удар по теплообменнику
- Закипание жидкого теплоносителя при маленькой скорости циркуляции
- Повреждение пластиковых труб
Чтобы избежать негативного воздействия на отопительную систему в момент розжига топлива, необходимо понимать устройство твердотопливного котла, соблюдать нормы закладки топлива, знать особенности циркуляции теплоносителя.
Рабочая фаза или прогрев теплоносителя
Для аппаратов, которые функционируют на разных видах топлива, температура в топке колеблется в интервале 1000—1300°С. На втором этапе происходит полный прогрев теплоносителя, который начинает отдавать тепло окружающему пространству. Здесь существует опасность перегреть теплоноситель и полностью агрегат. При необходимости используется охлаждение. Для контроля устанавливается регулятор температуры для котла отопления в пределах 65-90°С.
Завершение работы или прогорание топлива
На этапе прогорания топлива в отопительном агрегате начинается обратный процесс — остывание. Температура опускается до 400°С, формируются тлеющие угли. Одновременно снижается степень нагрева теплоносителя и воздуха в помещении. Нельзя допускать переохлаждения котла, потому что резкий рост температуры на новом цикле работы спровоцирует повышенный износ отопительного аппарата. Если используются автоматические котлы, то перепады температуры в них при начале очередного цикла сведены к минимуму.
Устройство агрегатов на твердом топливе
От понимания принципов работы твердотопливных агрегатов зависит эффективность и безопасность их использования.
Перед началом использования котла внимательно изучите устройство агрегата и инструкцию по его применению от розжига до новой закладки топлива и чистки.
Твердотопливные бытовые котлы комплектуются рядом стандартных модулей. Их устройство немного отличается от принципа сжигания горючих материалов. Все части агрегата объединены общим корпусом, из которого выводится дымоход.
Топочный отсек
Топливо закладывается в специальную камеру, где происходит его сгорание. Отсек оснащен дверцей.
Колосники
Решетка, на которую кладется топливо. Через нее после сгорания остатки ссыпаются в специальный ящик. Решетка изготавливается из серого чугуна — сплав железа с графитом обладает повышенной теплокоррозийностью. Через колосники поступает воздух, который поддерживает горение. Древесный или угольный котел длительного горения не имеет подачи воздуха через решетку — в этих агрегатах воздух нагнетается сверху.
Зольник
Ящик, в который попадают отходы после сгорания топлива. Зола вынимается из емкости вручную.
Очистительные отверстия
Через них проводятся работы по очищению аппарата. Если применяется высококачественное твёрдое топливо для котлов, то процедура осуществляет 1 раз в пару-тройку недель. Низкокачественное топливо, например, стружка требует еженедельной очистки. Используются скребки и проволочные щетки.
Теплообменник
Изготавливается из стали или чугуна. Срок службы достигает 20 лет. Через теплообменник осуществляется передача тепловой энергии теплоносителю. Обычно выполняется в форме бочки, через которую пропускают трубы. Для чугунного теплообменника температура теплоносителя поддерживается на уровне 50°С, для стального — 65°С.
Терморегулятор
Внешний вид и принцип работы зависит от вида системы. В энергонезависимых моделях используется механический терморегулятор на металлической цепи, который, нагреваясь или охлаждаясь, меняет положение заслонки тяги. В энергозависимом агрегате управление осуществляется электронным контроллером.
Система охлаждения
Зависит от вида аппарата. Змеевик устанавливается либо внутри агрегата, доступ холодной воды регулируется открытием термостатического крана. Второй вид системы охлаждения — принудительный, когда горячая вода отводится в канализацию и заливается холодная.
Дымоход
Котлы на твёрдом топливе оснащаются дымоходом, к организации которого предъявляется ряд требований:
- Минимальная высота — 4 м
- Диаметр — 180 мм
- Для потери тепла дымоход утепляется, гильзуется или используются сэндвич-трубы
- Материал, из которого сделан дымоход, выбирается устойчивым к высоким температурам и коррозии
Дымоход, не отвечающий стандартам изготовления или установки, становится источником нестабильной тяги.
Разновидности твердотопливных систем
Древесные или угольные котлы для дома дополнительно классифицируются по следующим показателям:
- Материал изготовления
- Тип обогрева
- Количество контуров
- Необходимость подключения к электричеству
- Способ сжигания топлива
При выборе котла учитывайте все особенности конкретного агрегата — рационально используемое твердотопливное отопление экономит деньги, повышает КПД системы, снижает износ.
Материал изготовления
Для производства отопительных аппаратов используется сталь или чугун. Каждый из материалов обладает определенными достоинствами и недостатками.
Стальной древесный или угольный котёл отличается следующими преимуществами:
- Устойчивость к перегреву
- Дверца загрузочной камеры снабжена водоохлаждающим контуром
- Змеевик для охлаждения установлен внутри и снабжен термостатическим краном для подачи холодной воды в случае перегрева
- Поворотные колосники снабжены механическим управлением, что позволяет не открывать дверцу для чистки
Главный недостаток агрегатов в том, что отопительные котлы из стали являются сварными конструкциями. Места швов — это слабые элементы системы. Второй минус — пониженная антикоррозийная устойчивость.
Преимущества чугунного аппарата:
- Конструкция собирается вручную, все элементы стянуты между собой шпильками
- Не боится коррозии
- Имеет повышенную теплоотдачу
Из недостатков чугунных конструкций выделяется хрупкость, несовершенная система охлаждения, когда горячая вода спускается в канализацию, механическая чистка. Чугунные котлы отопления на твердом топливе оснащаются дверцей, которая имеет теплоизоляционную прослойку.
Тип обогрева
Воздушный аппарат работает как печка — нагрев помещения происходит от корпуса агрегата. Водогрейный котел на твердом топливе подключен к системе труб и радиаторов, по которым течет нагретая вода.
Количество контуров
Одноконтурный агрегат используется для отопления помещения. Горячее водоснабжение организуется при подключении бойлера, что ведет к дополнительным расходам. Двухконтурный котел отопления на твердом топливе одновременно греет дом и снабжает его горячей водой.
Подключение к электричеству
Модели, которые не нуждаются в электричестве, называются энергонезависимыми. Терморегулятор для котла такого типа имеет механическую систему управления. Системы, работа которых регулируется электронными датчиками, являются энергозависимыми. Для их работы нужны электричество или генератор.
Сжигания топлива
Топливо для твердотопливных котлов сжигается по-разному. Это зависит от устройства агрегата. Выделяются следующие виды твердотопливных котлов:
- Классические
- Пиролизные
- Тлеющего типа или твердотопливный котёл длительного горения
- Пеллетные
Классический котел
Имеет одну камеру сжигания большого объема. Для топлива используется уголь для котлов, дерево, стружка. Поддув воздуха для горения осуществляется через колосники. Загрузка топлива происходит 2-6 раз в день, при этом КПД котла невелик — большие потери тепла являются основным недостатком таких моделей. Из преимуществ выделяются простота конструкции и демократичная стоимость.
Пиролизный котел
Состоит из двух камер, которые располагаются друг над другом. В верхнем отсеке сжигается и предварительно просушивается топливо, в нижнем происходит горение древесного газа. Допускается использование топлива с влажностью 50%, диаметр дров достигает 30 см. Загрузка пиролизных котлов и чистка происходит в два раза реже, чем классических. Топливо сжигается практически полностью, КПД возрастает до 92%. Расход угля в твердотопливном котле или дров зависит от следующих факторов:
- Площадь помещения
- Теплопотери помещения
- Качество топлива
- Климатическая зона
Расход просушенной древесины на 100 м2 достигает 900 кг/месяц, угля — 620 кг/месяц. Закладка топлива происходит 2 раза в сутки. Угольный котел с автоматической подачей топлива максимально удобен в эксплуатации. Загружать древесину без участия человека пока еще невозможно.
Из недостатков выделяется высокая стоимость и необходимость подключения к электричеству для работы электронной системы управления котла.
Котлы длительного горения
Имеют большую камеру для сжигания топлива. Объем достигает 100 литров. Устройство твердотопливного котла длительного горения позволяет закладывать уголь один раз в 4-5 дней, а дрова — раз в сутки. Топливо прогорает медленно, потому что сжигается сверху вниз. КПД котла равно 90%, так как быстрое горение замещается тлением. Уголь для котлов тлеющей конструкции используется высокого качества и отсортированный по размеру. Влажность древесины не превышает 20%. Агрегаты способны работать на любом виде топлива, но максимально эффективным будет либо уголь, либо древесина. Это зависит от конкретной модели.
Котел на угле длительного горения имеет следующие преимущества:
- Экономичность, эффективность, надежность
- Автоматизация процесса отопления
- Безопасность, простота использования
- Низкий уровень шума
К недостаткам относятся высокая стоимость, большие габариты, необходимость подключения к электричеству.
Пеллетные котлы
В принципе работы котла лежит сжигание спрессованных отходов, которые остаются после деревообработки. Топливо выпускается в виде гранул без использования химикатов для склеивания, считается экологически чистым. Пеллетная система оснащена загрузочным бункером для автоматической подачи топлива. Время работы зависит от вида котла и пеллет, находится в пределах 3-7 суток. КПД котла составляет 95%. Из недостатков выделяется энергозависимость.
Установка твердотопливных котлов
Чтобы подключить котел на твердом топливе, необходимо правильно установить агрегат и соединить его с дымоходом. Выполнение следующих требований позволит сделать это безопасно:
- Любые поверхности находятся на расстоянии 20 см от стенок котла
- Под агрегат монтируется негорючая подставка, если пол сделан из горючих материалов
- Пол перед загрузочной камерой закрывается негорючим материалом на 30 см
Краткие итоги
Котлы на твердом топливе используются как автономные источники отопления или резервные. Возможна установка агрегата вместе с электрическим или газовым котлом одновременно для эффективного использования ресурсов. Чтобы выбрать вид твердотопливной системы, учитываются наличие электричества и его стабильная подача, регион проживания, площадь помещения и теплоизоляция. Обязательно берется во внимание распространенность топлива, которое используется для котла, в конкретной местности. Классические котлы просты в использовании, энергонезависимы. Надежный агрегат имеет низкий КПД. Пиролизные, тлеющие, пеллетные агрегаты имеют высокие КПД, надежность и стоимость.