Газовый котел с электрогенератором: устройство, принцип работы, обзор лучших брендов

Главная ⋙ Твердотопливные котлы ⋙

Котлы на твердом топливе тема очень актуальная на сегодняшний день, особенно в районах, далеких от электро- и газопроводов. Разнообразие котлов отличается только от применяемого топлива и технологией горения. Газогенераторные котлы на твердом топливе являются теми котлами, где применяется довольно инновационный принцип сгорания твердого топлива — пиролиз. Чем же отличается такой прибор от подобных, работающих на принципе сгорания древесины, угля и других видов твердого топлива?

Рис. 1 Газогенераторный котел на твердом топливе

Принцип работы

Котел твердотопливный газогенераторный отличается от остальных принципом горения. Скорее всего это даже горением нельзя назвать – это пиролиз или тление.

По конструкции, котел имеет две камеры сгорания:

• В первой происходит пиролизный процесс, то есть тление угля с малым количеством поступающего кислорода. В результате происходит медленное разложение твердого топлива на смолы, пар, масел и углерода — пиролиз. При этом выделяется горючий газ.
• Во второй газ начинает интенсивно сгорать, с поступлением кислорода из воздуха и давать дополнительный нагрев, увеличивая коэффициент полезного действия.

Получается, что в котле твердотопливном газогенераторном используются сразу параллельно два вида топлива. Собственно твердое топливо, которое тлея, выделяет тепло и горючий газ, выделяющийся при пиролизном процессе. Такой вид котлов твердотопливных газогенераторных объединяет в себе газовые и твердотопливные котлы.

Принцип работы газогенераторного котла на дровах

При работе газогенераторного котла на дровах используется принцип пиролиза. После закладки топлива (дров или специальных древесных брикетов) они проходят через несколько стадий сгорания. Рассмотрим их:

1. Первоначально древесное топливо попадает в специальную камеру, где оно подсушивается.
2. Затем древесное топливо горит при поддержании температуры от 20 до 850 градусов Цельсия. При этом в топочную камеру практически не поступает кислорода. Таким образом происходит окисление древесного топлива,
3. Получившийся в результате окисления газ поступает в камеру сгорания, где с использованием горелок поджигается и горит.

Газогенераторные котлы на дровах, используемые в отопительных целях имеют специальный водяной контур. Внутри него вода проходит через две нагревательных камеры, а уже затем поступает в отопительные радиаторы.

Топливо

Для правильной работы котла твердотопливного газогенераторного требуется топливо, отвечающее некоторым характеристикам. Нужно, чтобы оно содержало в себе большое количество легких веществ, не было слишком влажным (не более 20-30 %), а также водяной пар недолжен мешать тлению.

Перечисленные ниже виды топлива подойдут для котлов с пиролизом:

• Древесина либо попросту дрова размером подходящие для загрузки в аппарат.
• Стружка, отходы деревообрабатывающей промышленности.
• Специально спрессованные биотопливные брикеты – пеллеты.
• Спрессованная древесная пыль – топливные брикеты.
• Продукция угольного производства – кокс и уголь каменный.
• Бурый уголь – тоже неплох для применения.

Как видим, разнообразие твердого топлива для котлов твердотопливных газогенераторных большое. Это делает их применение широкодоступным во многих областях проживания.

Правила выбора топлива

В процессе сгорания любого твердого топлива происходит выделение монооксида углерода. Из опыта использования газогенераторов доказано, что выделение этого газа в особо больших количествах происходит при сжигании древесины.

Отсюда и вывод, что лучше всего топить этот агрегат дровами. В современных котлах их разжигание и дальнейший процесс горения полностью автоматизирован. При этом к такому топливу предъявляются некоторые требования.

Влажность используемой древесины не должна превышать 20%, иначе ее придется предварительно просушивать. При этом стоить выбирать только наиболее твердые виды древесины: бук, дуб, акация. Нельзя использовать уголь в тех моделях, где такой вариант не предусмотрен, так как возможен выход агрегата из строя.

Достоинства

Помимо того разнообразия применения разного типа топлива широка и география применения газогенераторных котлов на твердом топливе.

Среди остальных достоинств:

• Автономность, независимость от каких-либо трубопроводов с газом либо линий электропередач.
• Есть автоматика, которая поддерживает процесс пиролиза, открывая и закрывая заслонки, в зависимости от температуры (имеется термостатический датчик).
• Можно регулировать степень нагревания котла твердотопливного газогенераторного при помощи регулирования тяги.
• Не образуется сажа на стенках аппарата.
• Меньшее количество выброса в атмосферу вредных веществ при пиролизе.
• Небольшая стоимость угля или дров по сравнению с электричеством и газом.
• Защита от перегрева – наличие защитного охладительного контура.
• Экономичность при КПД 85%.

Принимая во внимание перечисленные существенные преимущества можно говорить, что покупка котлов твердотопливных газогенераторных –это хорошее приобретение. Но нет техники совершенно без каких-то недостатков, не лишен их и газогенераторный котел на твердом топливе.

Преимущества пиролизных котлов

Сложность конструкции газогенераторных котлов повлияла на их стоимость. Поэтому перед приобретением нужно взвесить все «за» и «против» подобных отопительных систем. Главным преимуществом пиролизных котлов является длительное время работы на одной закладке дров. В среднем ее хватает на 10-12 часов при обычном режиме функционирования и 5-6 при интенсивном. Подобная экономичность положительно отражается на снижении текущих затрат на отопление.

Кроме этого можно отметить следующие преимущества:

• Высокий показатель КПД. Дрова полностью перегорают, используется их энергия для вспомогательного нагрева теплообменника, а воспламеняющиеся газы выполняют основную функцию передачи тепла.
• Небольшое количество продуктов сгорания. Они практически не оседают на стенках дымохода, что не приводит к уменьшению его полезного диаметра и не сказывается на тяге.
• Автоматическая работа системы отопления. При наличии блока автоматики обслуживание котла осуществляется только два раза в день.

Относительным недостатком является низкая температура угарных газов, попадающих в дымоход. Разница между нагревом трубы и наружным воздухом является причиной появления конденсата. Влага попадает в основную камеру сгорания и отрицательно сказывается на эффективности работы системы.

Для решения этой проблемы нужно монтировать утепленные дымоходы. Они состоят из коаксиальной трубы, в простенках которой расположена базальтовая вата. Ее можно сделать своими руками, но лучше использовать заводские модели.

Недостатки

• Главным недостатком можно считать высокая стоимость котла твёрдотопливного газогенераторного, но нужно помнить, что эксплуатация и обслуживание дешево, а покупать котел вы будете на долгие годы.
• Повышенные требования к качеству и, особенно, к влажности топлива.
• Для удаления сгоревших веществ после пиролиза требуется дымоудаление. Это значит, что применение котлов твердотопливных газогенераторных можно только в домах, где есть возможность для выведения трубы в атмосферу, при этом не доставляя неудобств соседям. Поэтому в многоэтажках он вряд ли применим.
• Некоторое ограничение в температурном режиме. Чтобы не образовывался конденсат температура воды, приходящая из системы отопления, должна быть около 60 градусов.
• Нельзя автоматизировать подачу твердого топлива в топку.
• Высокие требования к герметичности котлов твердотопливных газогенераторных. Из-за утечки горючего газа может произойти взрыв либо пожар.

Впрочем, некоторые недостатки котлов, работающие по принципу пиролиза, присущи и некоторым котлам, использующие в качестве топлива уголь, газ или дрова. Соотношение достоинств – недостатков говорит в пользу котлов твердотопливных газогенераторных.

Топливо для газогенераторных котлов

Несомненным преимуществом газогенераторных котлов является тот факт, что они могут работать практически на любом типе твердого топлива. То есть в них можно загружать обычные нарубленные дрова, и также любые виды древесных отходов (опилки, стружки) и изготовленные из древесных отходов брикеты, пеллеты и тому подобное. Кроме того, газогенераторные установки являются практически безотходным производством: топливо в них сгорает практически без остатков.

Газогенераторный котел

Преимущества отопительных газогенераторных установок

Установка отопительных систем, работающих от котлов газогенераторных, работающих на древесном топливе имеет следующие несомненные преимущества:

1. Чрезвычайно высокая эффективность сгорания топлива. В любой установке, предназначенной для сжигания древесного топлива, но не применяющий эффект пиролиза – КПД не может подниматься выше 90 процентов.
2. Газогенераторные установки являются энергонезависимыми и могут быть установлены даже в сооружениях, у которые отсутствует подключение к стационарной электросети. Заметим, что во время войны газогенераторные установки размещались даже на автомобилях. Энергонезависимость газогенераторной установки также снижает стоимость ее эксплуатации.
3. В газогенераторной установке можно использовать практически любой тип древесного топлива, начиная от классических дров и заканчивая отходами древесного производства. Использование древесных отходов, опилок, щепы и так далее существенно удешевляет работу газогенераторных систем. Однако помните, что из всего объема единовременно закладываемого топлива процент древесных отходов не должен превышать значение в 30 процентов.
4. Большие объемы топочной камеры позволяют газогенераторным котлам долгое время работать от одной закладке топлива, что облегчает эксплуатацию такой установки.

устройство газогенераторного котла

Недостатки газогенераторных установок

Несмотря на всю привлекательность отопительных и нагревательных систем на основе газогенераторных установок – такие устройства имеют и определенные недостатки. Недостатки газогенераторных систем в целом совпадают с недостатками обычных котлов, работающих на твердом топливе.

Котел на твердом топливе, в отличие от автоматизированных жидкостных или газовых систем имеет ограниченную автономность работы. Для такого котла всегда нужен человек-оператор, который будет добавлять топливо по мере его сжигания. Также газогенераторный котел необходимо регулярно обслуживать, чистить от копоти и сажи. Несмотря на практически полное сгорание органического древесного топлива в газогенераторных котлах – продукты распада в таких системах все-таки присутствуют.

газогенераторная установка

Приобретение системы с газогенераторным котлом является довольно затратным в финансовом плане. По приблизительным прикидкам газогенераторный котел обойдется вам в полтора раза дороже, чем обычный котел на твердом топливе. Но разница в стоимости должна окупиться через несколько отопительных сезонов, исходя из более высокой эффективности газогенераторного котла.

Также при эксплуатации газогенераторных установок необходимо пользоваться только сухим топливом. На влажных дровах или опилок процесс пиролиза может просто не запуститься. Поэтому газогенераторные котлы часто оборудуют сушильной камерой, в которой топливо доходит до нужной кондиции.

Конструкция

Газогенераторный пиролизный котел имеет две камеры сгорания. Первая служит в качестве газогенератора, где тлеющие дрова либо уголь, выделяет горючий газ СО. Во второй происходит сжигание газа. При этом используется энергия от обеих камер. Так как сжигание газа контролировать легче, то применяются автоматические заслонки, регулирующие поступление газа после пиролиза и кислорода из воздуха. Это позволяет в широких пределах регулировать температуру горения и отдачи энергии теплоносителю.

Рис. 2 Котел твердотопливный газогенераторный

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Газогенераторные печи с наддувом тепло-производительностью от 10 до 150 кВт выполнены по схеме с нижней камерой дожига пиролизного газа, который нагнетается в нее специальным вентилятором из расположенного выше топливного отсека. Воздух после поджига подается к дровам с таким расчетом, чтобы сохранять дефицит кислорода, приводящий к их неполному сгоранию и образованию пиролизного газа.

Дожигаемый в нижней камере газ и твердые частицы образуют высокотемпературную смесь, которая, проходя через вертикальный теплообменник, отдает тепло теплоносителю (воде), после чего выводится в дымоход. Дополнительная теплоотдача, способствующая более эффективному использованию теплотворных свойств топлива, происходит в чугунном водонаполненном колоснике. Нагретая вода выводится из котла через верхний патрубок и, пройдя по сети отопления, возвращается через нижний.

Интенсивность горения определяется работой вентилятора наддува. Управляя подачей воздуха, можно регулировать мощность котла и, соответственно, температуру в помещении. Для этого котлы оборудованы системой, управляющей подачей воздуха по сигналам датчиков, реагирующих на степень нагрева теплоносителя. С ее помощью можно установить и поддерживать в доме необходимый температурный режим. При полном выгорании топлива система автоматически выключит установку.

Монтаж

Особые требования к монтажу котла твердотопливного газогенераторного:

• Он должен устанавливаться специалистами, имеющие лицензию на установку этого оборудования. Это обусловлено спецификой пиролизных котлов, где должны учитываться определенные правила безопасности.
• Пиролизный котел нужно устанавливать в отдельном помещении, (например, на цокольном этаже). Комната, где будет установлен котел твердотопливный газогенераторный, необходимо облицевать огнеупорными кирпичами.
• Не допускается хранение твердого топлива, горючих материалов в помещении или рядом с пиролизным котлом.
• Оборудование монтируется на фундаменте из бетона и должно прочно стоять на нем.

Доверяя монтирование котла специалистам, вы будете уверены в правильной и эффективной работе оборудования на долгие годы. Не стоит рисковать и пренебрегать безопасностью своего дома.

Рис. 3 Котел твердотопливный Атмос

Самостоятельный монтаж

Чтобы самостоятельно установить твердотопливный котел, необходимо учесть несколько правил.

1. Такой котел лучше расположить в отдельном помещении. Это может быть комната внутри дома или в подвале. Для этого подойдет бывшая детская спальня либо любая другая небольшая комната (необходимая площадь – 8-10 квадратных метров), если при строительстве не отведено специальное помещение для отопительных устройств. В самом крайнем случае можно просто перегородить большую комнату пополам (перегородку желательно сделать кирпичной, а не применять гипсокартон), сделав один или два выхода – внутрь помещения, на улицу или оба сразу.
2. Пол помещения, где планируется монтаж, должен быть выполнен из пожаростойких материалов. А сам котел следует установить непосредственно на бетонную стяжку (около 10 см толщиной).
3. Необходимо обеспечить помещение принудительной вентиляцией, электропитанием и водоснабжением, если они отсутствуют.
4. Если котел устанавливается не в специально спроектированной котельной, следует заранее приобрести и установить дымоотвод.

Приступая к монтажу, надо подготовить инструменты и оборудование, которые для этого понадобятся: электроды, сварку, уровень, ключи, отвертки, метр, пилу по металлу, винты, – а также материалы: сантехническую ленту, лист металла и герметик.

• Распаковать и подготовить к сборке детали, идущие в комплекте с котлом.
• Расположить металлический лист на полу на расстоянии не менее 0,5 м от боковой стенки (стенок) и 1 метра от передней и надежно зафиксировать.
• Установить ровно котел на металлический лист, проверяя правильность уровнем.

После подготовительных работ производится непосредственно сборка самого котла:

• Обернуть одним витком сантехнической ленты регулятор горения, закрепить с помощью винта, установить температуру 30 градусов.
• Установить терморегулятор и тен или их заглушки.
• Собрать воздушный и предохранительный клапаны, манометр в группу безопасности.
• Установить кран и подключить его к трубам.
• Подсоединить группу безопасности перед запирающим устройством.
• Соединить котел с дымоходом, используя герметик.
• Задвинуть заслонку для тяги и заглушку для прочистки.
• Подключить воду и проверить герметичность системы.
• Зажечь котел, закрыв заслонку.
• Остается только проверить качество установки и работы котла и провести пилотное отопление.

Для того, чтобы определить примерную стоимость материалов и оборудования , необходимых для монтажа, ниже приведена их ориентировочная цена.

1. Герметик термостойкий 100–200 руб.
2. Лист металла (3 х 1 250 х 250) около 3 000 руб.
3. Сантехническая лента около 500 руб.
4. Котлы длительного горения 60 000–120 000 руб.
5. Переход стальной 57–32 30 руб.
6. Отвод стальной Ду-5016 от 100 руб.
7. Кран шаровый Ду-15 от 100 до 1 000 руб.
8. Кран шаровый со сгоном Ду-50 около 2 000 руб.
9. Дымовая труба для твердотопливного котла 20 000–50 000 руб.

Выбор обогревательных котлов должен быть основан на доступности конкретного вида топлива в регионе или его наличии в доме. Отопление твердотопливными котлами с использованием дров по стоимости уступает лишь устройствам, работающим на газу, более дорогими являются электричество и дизельное топливо, а замыкают пятерку углезависимые агрегаты. Не в последнюю очередь это связано с тем, что твердотопливные котлы имеют недостаточно высокие показатели КПД (по сравнению с электрическими например). Тем не менее двухуровневые системы сжигания позволяют сэкономить расход топлива до 9 % .

Самыми экологически чистыми отопительными устройствами среди твердотопливных являются пиролизные газогенераторные котлы, поскольку используемое ими топливо сгорает практически полностью, что снижает уровень загрязнения воздуха.

На видео показано как работают газогенераторные котлы:

История

При разработке котлов твердотопливных газогенераторных прежде всего уделяли внимание объёмам камер сгорания и количеству потребляемого твердого топлива. Но из-за этого добивались незначительного увеличения коэффициента полезного действия при увеличивающихся габаритных размерах и веса котлов. Никто не принимал во внимание, что при пиролизе выделяется газ, который не эффективно использовался в камерах прежних моделей котлов на древесине или угле.

В результате длительных экспериментов, стало понятно, что нужно использовать свойства органических веществ, при недостатке кислорода выделяющий горючий газ – пиролиз. Использование твердого топлива не для основного выделения тепла, а для получения CO позволило сделать котел, совмещающий в себе сжигание твердого топлива и газа. Котел твердотопливный газогенераторный повысил эффект от нагрева, совместил экономию и дешевизну топлива, применяя процесса пиролиза.

Сравнение эффективности работы котлов

Сравнивая представленные виды котлов, которые не только обогревают помещение (нагревают теплоноситель), но и вырабатывают электроэнергию за счет использования выделяемого тепла, следует обратить внимание на важные аспекты при эксплуатации.

Как компания NAVIEN, так и компания Viessmann позиционируют свои котлы, указывая на несомненные плюсы – полная автоматизация процесса, отсутствие необходимости сервисного ремонта и вообще полное отсутствие вмешательства после запуска в работу со стороны покупателя.

Для работы данных котлов нужна только стабильная работа системы стабильное наличие газа (будь то магистральные поставки, установка баллонная с сжиженным газом или газгольдер). Соответственно, для работы котлов применяется бытовой газ, который после сгорания не представляет вреда для окружающей среды.

В принципе, почти то же можно сказать и про отопительную печь «Индигирка», только вид топлива тут не газ, а дрова, пеллеты или прессованные опилки.

Полное отсутствие автоматики, которая требует наличия электричества. Система выработки электрической энергии и самого котла не влияют на работу друг друга, т.е. при выходе из строя системы производства электроэнергии, котел продолжает выполнять свои функции.

Все эти газоперерабатывающие отопительные агрегаты, под горелками которых расположены двигатели Стирлинга, производят электрическую энергию, которую можно использовать в различных целях

Котлы компаний NAVIEN и Viessmann не смогут “похвастать” подобным, поскольку двигатель системы Стирлинга встроен непосредственно в конструкцию котла. Но насколько рентабельны подобные системы и через какой срок окупится подобный котел? С этим вопросом стоит детально разобраться.