Преимущества и недостатки котлов длительного горения

Среди теплотехнического оборудования, предназначенного для получения тепловой энергии, используемой для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных объектов, на особом месте стоят котлы длительного горения, работающие на твёрдом топливе. Такое внимание к подобному оборудованию связано с наличием достаточного количества преимуществ, в сравнении с аналогами, при их использовании, которые можно сформулировать следующим образом:

• высокий КПД использования;
• экологическая безопасность;
• относительно низкая стоимость используемого топлива;
• универсальность (отопление и горячее водоснабжение);
• продолжительные сроки эксплуатации;
• простота обслуживания.

Промышленностью выпускаются агрегаты различных типов и конструкции, отличающихся по техническим характеристикам, видам твёрдого топлива и стоимости

Наряду с этим, конечно же, есть и недостатки, но их несоизмеримо меньше:

• необходимость наличия определённых запасов используемого топлива;
• трудоёмкость обслуживания, выражающаяся в периодической чистке дымоходов и камер котла;
• к месту установки предъявляются жёсткие требования, регламентированные правилами пожарной безопасности и строительными нормами.

Особенности и принцип действия котлов длительного горения

В отличие от обыкновенной печки, твердотопливный котел максимально использует тепловые свойства органического топлива. В процессе сгорания древесины, угля или торфа помимо углекислого газ и водяных паров выделяются углеводороды, представляющие собой пиролизные газы, которые не используются при сжигании топлива в обычной печи. Количество теплоты, выделяемое при сгорании этих соединений значительно выше теплоотдачи при простом сжигании древесины.

Принцип работы твердотопливных котлов построен именно на использовании в качестве энергоносителя пиролизных газов и минимизации использования открытого огня. Таким образом, органическое топливо, по сути, не является непосредственным источником тепла, а служит сырьем для получения газообразных углеводородов, а открытое горение заменяется тлением с минимальным доступом кислорода.

Виды твердотопливных котлов длительного горения для отопления

Отопительные твердотопливные котлы длительного горения, используемые для отопления дома, бывают двух видов:

• Шахтный или котёл верхнего горения. В подобных устройствах сжигание топлива происходит в его верхних слоях, а теплообменником является весь корпус котла. Воздух подаётся в уложенные дрова (уголь) посредством специальной телескопической трубки сверху вниз, после чего двигаясь в противоположном направлении, он способствует процессу горения.

• Котлы верхнего горения (шахтные) универсальны по видам используемого твёрдого топлива (уголь, дрова и переработанные отходы деревообрабатывающих производств)
• Пиролизные котлы (газогенераторы). Горение в таких агрегатах происходит сверху вниз, а сам процесс осуществляется при ограниченном доступе кислорода, в результате чего образуется зола и пиролизный газ, который, в свою очередь, сжигается в топочной камере.

Виды твердотопливных котлов

Твердотопливные котлы изготавливаются только с напольным вариантом установки, они могут быть предназначены, как для сжигания только одного вида топлива, как классические агрегаты, так и для разных видов топлива, как пиролизные и пеллетные.

Устройства чаще выпускаются одноконтурными, но в большинстве вариантов имеют возможность включения внешнего бойлера косвенного нагрева ГВС. Кроме того современные котлы, работающие на твердом топливе оборудуются электрическими ТЭНами для поддержания температуры внутреннего контура отопления в ночное время или при отсутствии жильцов дома.

Классические

Этим модификациям агрегатам уже больше двухсот лет и они имеют традиционную конструкцию. Комплектуются топочной и зольной камерами, ёмкостным теплообменником в виде водяной рубашки и дымовентиляционной системой.

Работают такие агрегаты на любом твердом топливе. Они мало эффективны, поскольку не имеют развитых поверхностей нагрева. Это приводит к тому, что в них большие потери тепла с уходящими газами, порядка до 20 %.

Кроме того они не имеют автоматической подачи топлива, засыпка топлива происходит каждые 2-3 часа в ручную. Агрегаты работают с естественным отводом топочных газов в атмосферу, управление процессом горения выполняется в ручном режиме, через регулировочную заслонку для подачи воздуха.

Контур отопления подключается к внутридомовой системе теплоснабжения, работающей по принципу естественной циркуляции. Обычно мощность таких агрегатов не высокая, они способны обогреть дома с площадью не выше 150 м2.

Пиролизные

Нормальное функционирование агрегатов данного класса протекает в режиме генерации на базе тления топлива с выделением летучих веществ. В теплотехнике такой технологический процесс именуется пиролизом.

В качестве энергоносителей, как правило, применяется древесина. Под воздействием высочайших температур и дефицита воздуха они расщепляются до газообразных летучих веществ, которые сгорают в пиролизной камере, с выработкой тепловой энергии, которая через теплообменник передается греющему теплоносителю отопительного контура.

Для реализации пиролизного процесса топка разделена на 2 рабочие камеры. В основной — топливо тлеет, с выделением горючих газов, которые догорают в зоне дожига при температуре 1200 С , обогащенные вторичным воздухом.

Пеплетные

Такие котлы сжигают специально приготовленное топливо — пеллеты в виде гранул, полученных в процессе переработки производственных и сельскохозяйственных отходов: опилок, фрагментов растений и торфа.

Они характеризуются небольшой влажностью и очень высокой теплотворной способностью и определенной текучестью, что позволяет организовать автоматическую подачу топлива в котел без участия человека.

Котлы оборудованы системой автоматического розжига и регулирования процесса горения, что обуславливает высокие показатели эффективности — КПД до 92 %. Агрегаты способны отапливать помещения с большой площадью — 1000 м2. Они экологически безопасны, поскольку обеспечивают полное сжигание вредных веществ в топливе.

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»

Конструкция и принцип работы отопительных котлов длительного горения

Чтобы разобраться в том, как функционирует котел, а также облегчить процесс его будущего обслуживания, необходимо ознакомиться с конструкцией и принципом работы.

Принцип длительного горения заключается в том, что, во-первых, такие котлы имеют очень объёмную камеру загрузки дров. А во-вторых, что сгорание топлива происходит не сразу, а как бы разбивается на два этапа.

• В топочную камеру закладываются дрова (или иное допустимое для данной модели твёрдое топливо). Этот отсек должен быть заполнен практически на весь свой объем. Только у самого загрузочного окна стараются выложить тонкие поленья, щепу, ветки и т.п. – для облегчения первичного розжига.

Котлы длительного горения всегда отличаются очень вместительной топливной камерой, которая плотно заполняется дровами «под завязку»

• Далее, с помощью лучины или бумаги производится розжиг закладки топлива. На этой стадии в камеру подается достаточное количество воздуха, необходимое для возникновения интенсивного горения.
• После того как топливо занялось, подача воздуха в камеру этого первичного горения сводится к минимуму. Благодаря этому обычное активное горение дров прекращается и переходит в стадию термического разложения, иными словами – тления.
• В таких условиях тлеющая древесина при своем разложении выделяет очень значительные объемы горючих газов с высоким энергетическим потенциалом. Это процесс получил название пиролиза, а сами газы (в составе которых преобладает метан) соответственно часто именуются пиролизными.
• Если в обычных печах полученные пиролизные газы просто уходят в дымоходную трубу, то в котлах длительного горения они поступают в камеру дожига особой конструкции. Здесь под воздействием высокой температуры и избытка подаваемого кислорода (воздуха) газовая смесь воспламеняется, полностью прогорает с очень значительным выделением тепла. В результате полного цикла от дров практически не остается отходов, так как их твердая составляющая уничтожается тлением до мельчайшей золы, а газообразная — интенсивно догорает в камере дожига. Это в сумме обуславливает высокую теплоотдачу котла, его высокий КПД.

Именно образованные пиролизные газы являются главным источником получения тепловой энергии, и именно на камеру их дожига приходится основная часть теплообменника водяного контура. Хотя, конечно, отбор тепла начинается еще в камере первичного сгорания.

Возможно, вас заинтересует информация о том, какие характеристики имеет твердое топливо для котлов в брикетах

Чтобы было более понятно, как примерно устроены такие котлы, можно рассмотреть следующую схему:

Один из вариантов устройства котла длительного горения

1 – корпус котла с надежным слоем термоизоляции.

2 – окно загрузки дров с плотно закрывающейся дверцей.

3 – камера первичного термического разложения древесины (пиролиза).

4 – зольник, в котором собираются непрогоревшие отходы.

5 – канал дозированной подачи первичного воздуха, необходимого для обеспечения тления дров

6 – канал подачи вторичного воздуха, необходимого для полного дожига выбеленных пиролизных газов.

7 – камера дожига пиролизных газов.

8 – патрубок для подключения котла к дымоходу для отвода газообразных отходов сгорания.

9 – патрубок для подключения трубы-«обратки» отопительного контура.

10 – патрубок для подключения к трубе подачи отопительного контура.

11 – дополнительный теплообменник, который часто используется для подключения к бойлеру косвенного нагрева системы горячего водоснабжения дома

Безусловно, такая схема вовсе не является какой-то догмой. Количество предлагаемый в продаже моделей велико, и компоновка может иметь весьма серьезные различия. В частности, может отличаться и строение камеры загрузки, и направление горения топливной закладки, и расположение и принцип конструкции камеры вторичного дожига пиролизных газов. У каждой модели своя конструкция «водяной рубашки» или дополнительных теплообменников. Но принцип работы котла все же остается схожим.

Перед началом эксплуатации выбранной модели необходимо внимательно изучить схему ее устройства, которая в обязательном порядке входит в документацию, сопровождающую этот прибор отопления.

Возможно, вас заинтересует информация о том, какие преимущества имеет автономное газовое отопление в квартире

Как рассчитать мощность отопительного котла

Мощность котла определяет его производительность и одновременно с этим оказывает влияние на стоимость отопительного агрегата, чем выше мощность – тем дороже отопительный котёл. В связи с этим, чтобы избежать лишних финансовых трат, при выборе котла длительного горения нужно рассчитать требуемую мощность такого устройства, что можно сделать двумя способами:

1. Учитывая среднюю удельную мощность на единицу обогреваемой площади. В этом случае за основу берётся величина 1 кВт на 10 м2, при высоте потолков до трёх метров. Разделив значение имеющейся площади помещений, которые следует обогреть, на 10, получаем ориентировочную мощность отопительного котла. № 18. Котёл дровяной длительного горения обеспечит автономность системы отопления загородного дома
2. Используя объём отапливаемого помещения и степень его теплоизоляции. В этом случае расчёт выполняется по формуле:

Р = S × h × k, где

P – мощность отопительного котла (кВт);

S – площадь отапливаемого помещения (м2);

h – высота отапливаемого помещения (м);

k – коэффициент, учитывающий степень теплоизоляции, равен 40 − для хорошо утеплённых помещений и 60 – с плохой теплоизоляцией и большой площадью остекления строительных конструкций.

Для более точных расчётов предлагаем воспользоваться удобным онлайн-калькулятором.

Виды топлива для котлов длительного горения

Одновременно с появлением теплогенераторов на твердом топливе, помимо дров и угля на рынке появились альтернативные горючие материалы. В настоящее время самым высоким спросом пользуются:

Пеллеты

– отходы деревообрабатывающей и мебельной промышленности, спрессованные в брикеты. Пеллеты можно не только купить в строительном супермаркете, но и изготовить самостоятельно.

Опилки и щепки

. Этот вид топлива обойдется дешевле всего, более того, имели место случаи, когда владельцы лесопилок даже доплачивали за вывоз отходов. Количество теплоты, выделяемое при сгорании материала вполне приемлемо, а воздух, содержащийся между отдельными элементами делает процесс горения более интенсивным и равномерным.

Брикеты

изготавливают по той же технологии, что и гранулированные пеллеты и отличаются только формой. Чаще всего встречаются брикеты в форме натуральных поленьев со сквозным отверстием в центре. Теплоотдача материала практически не отличается от гранул.

Как выбрать дровяной котёл длительного горения – рекомендации нашей редакции

Неподготовленному пользователю иногда бывает трудно выбрать то или иное техническое оборудования, т.к. многообразие предложений не даёт сконцентрироваться на главных критериях выбора – что в итоге приводит к излишним финансовым тратам или неспособности приобретённого устройства справиться с поставленными задачами.

Отопительное оборудование необходимо устанавливать в специально предназначенных для этого помещениях

Специалисты нашей редакции рекомендуют при выборе модели дровяного котла обратить внимание на следующие моменты:

• изначально следует определить необходимую мощность отопительного прибора и его сферу использования (отопление, отопление + ГВС);
• следует помнить, что при изготовлении подобного оборудования используется сталь или чугун, при этом каждый из используемых материалов имеет свои достоинства и недостатки;
• надёжность гарантируется производителем, поэтому необходимо найти отзывы пользователей о понравившейся модели, а также о компании в целом.

Какой котел длительного горения лучше выбрать для отопления дома

При выборе необходимой модификации необходимо учитывать несколько важных моментов:

Выбор вида топлива

является сугубо индивидуальным и зависит от его доступности и стоимости. Так, например, вблизи лесозаготовительного участка целесообразно использовать дрова, в индустриальных районах проще закупить необходимый запас угля.

Определение требуемых мощностных характеристик.

От правильного определения необходимой производительности оборудования зависит эффективность работы всей отопительной системы. Ориентировочно оценить требуемую мощность можно исходя из соотношения 10 кВт на 100 м2 (+ 10% на непредвиденные обстоятельства).

Оценка объема загрузочной камеры

. Для современных твердотопливных котлов оптимальным считается соотношение 3,3 – 5 л/кВт.

Правила установки и эксплуатации

Для того чтобы эксплуатация теплотехнического оборудования была длительной и безаварийной, необходимо изначально выполнить его правильный монтаж, а затем грамотно использовать.

Пиролизный котёл во время работы

При установке котлов длительного горения необходимо:

• Выполнить защиту строительных конструкций от воздействия высоких температур и возможного попадания горящих частей топлива на их поверхность.
• Дымоход должен иметь наименьшее количество изгибов, его высота над поверхностью крыши, должна соответствовать её форме.
• Соединения котла и дымохода должно быть разборным.

Правила установки и эксплуатации описаны в сопроводительных документах к конкретной модели, тем не менее, при использовании подобного оборудования следует помнить, что:

• дрова в топку необходимо укладывать неплотно, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха;
• количество поступающего воздуха (тягу) можно регулировать при помощи шибера и зольника;
• техническое обслуживание котлов длительного горения, работающих на твёрдом топливе, заключается в удалении золы и чистке колосниковых решёток, а также очистке дымохода.

Модели разных производителей внешне очень похожи, поэтому при выборе конкретного устройства следует тщательно изучать технические характеристики, а также требования к установке и эксплуатации

Самодельные котлы длительного горения на дровах – нюансы изготовления

При наличии свободного времени, умении работать ручным инструментом, а также имея желание, котёл длительного горения на дровах можно изготовить самостоятельно. При изготовлении своими руками необходимо помнить, что:

1. Чем больше камера, предназначенная для загрузки топлива, тем продолжительнее будет процесс его прогорания.
2. Зольная камера должна закрываться герметично, т.к. воздух в рабочую зону котла поступает сверху вниз.
3. В верхней камере необходимо предусмотреть заслонку, предназначенную для регулировки подачи воздуха.
4. Для обеспечения продолжительной эксплуатации сооружаемого агрегата толщина металла должна быть не менее 5 мм.

При самостоятельном изготовлении шахтного котла можно использовать газовый баллон объёмом 50 литров

Разновидности твердотопливных котлов

Несмотря на то, что принцип дожигания пиролизных газов лежит в основе всех агрегатов длительного горения, их конструктивные особенности могут существенно различаться. Большинство производителей предлагают универсальные системы, способные работать на любом твердом топливе. В настоящее время существует несколько наиболее распространенных модификаций твердотопливных котлов.

Котлы длительного горения с принудительной подачей воздуха

оснащаются специальным вентилятором, число оборотов которого регулируется электронным блоком управления. Чаще всего, такие установки имеют верхнюю загрузку, а окончательное сжигание производится в нижней камере, изготовленной из шамота или жаростойкого керамобетона.

Расположение и форма камеры для сжигания пиролизных газов у различных моделей твердотопливных котлов могут отличаться. Так, установки «Gefest – profi» имеют лабиринтную камеру дожигания, расположенную позади отделения предварительного горения.

Энергонезависимые пиролизные котлы с естественной тягой

. Такой агрегат может работать автономно, независимо от наличия электроэнергии. Такая конструкция отличается простотой и надежностью, кроме этого может работать на любом топливе.

В нижней камере обеспечиваются условия для непрерывного тления топлива. Нагретые газы поднимаются в верхнюю полость, где вступают в реакцию с предварительно подогретым воздухом. В результате этого взаимодействия происходит сгорание углеводородных соединений с выделением большого количества тепловой энергии.

Твердотопливный котел с вертикальным горением топлива

. Такой принцип применен в изделиях торговой марки «Stropuva». Основной особенностью является то, что горение происходит только в верхнем слое загруженного горючего материала, что обеспечивает минимальный расход топлива при максимальной длительности сгорания.

После загрузки и перехода в режим слабого горения, интенсивность которого регулируется специальной заслонкой, продукты пиролиза поднимаются в верхнюю камеру и окончательно сгорают.

Установки с автоматической подачей топлива

. В таких котлах длительность горения увеличивается за счет равномерной подачи топлива в зону предварительного сгорания с помощью шнекового конвейера. Чаще всего, в качестве топлива применяют уголь, однако существуют модели и для других видов топлива.

Что касается использования дров или угля в различных модификациях твердотопливных котлов, то можно сказать, что они могут иметь различные конструктивные особенности, связанные с конфигурацией и свойствами сжигаемых материалов. Несмотря на это, принцип работы, основанный на использовании пиролизных углеводородов остается неизменным.

Сколько стоит котёл длительного горения – обзор цен

В следующей таблице приведена средняя стоимость на котлы длительного горения, рассмотренные в настоящей статье, по состоянию на II квартал 2021 года.

Купить недорого котёл длительного горения на дровах можно у компании, его выпускающей, а также её дилеров, в сети Интернет, где также представлено большое количество предложений от организаций, занимающихся реализацией подобного оборудования.

FAQ

Почему падает давление в электрическом котле отопления?Тому может быть несколько причин. Прежде всего, давление в системе падает при первом запуске, когда из наполняемых теплоносителем труб выходит воздух — это совершенно нормальное явление, для этого даже предусмотрены специальные воздухоотводчики. Этот процесс может занять довольно длительное время, вплоть до двух недель в системе с тёплым полом. Кроме того, возможно, что расширительный бак, задача которого как раз и заключается в сдерживании перепадов давления, почти заполнен теплоносителем. Если в баке не осталось места для воздуха, то избыточное давление в системе будет сбрасываться через предохранительный клапан. Наконец, самая неприятная и самая банальная причина — течь в системе отопления. В этом случае протечку нужно выявить и устранить, чтобы давление перестало падать.