Как устроен твердотопливный котёл

Как устроен твердотопливный котёл?

В конструкции любого котла на твёрдом топливе всегда присутствует два основных элемента — камера сгорания (топка) и теплообменник. В топке происходит сжигание топлива, а в теплообменнике осуществляется передача тепла на жидкий теплоноситель (воду) для системы отопления. Разогретая жидкость постоянно движется из котла по направлению к радиаторам и там охлаждается, отдавая тепло в отапливаемые помещения. Остывший теплоноситель по контуру системы отопления возвращается в котёл, где снова нагревается, и цикл повторяется.

Производители современных котлов активно совершенствуют конструкции своих изделий, постоянно повышая их КПД. На данный момент существует несколько основных разновидностей теплогенераторов на твёрдом топливе, которые имеют наиболее высокие показатели эффективности и надёжности.

1. Классические
2. Цилиндрические котлы длительного горения (КДГ) типа Стропувы
3. Шахтные КДГ на основе котла Холмова
4. Пиролизные

Конструкции в списке расположены в порядке увеличения КПД. Чем выше эффективность работы устройства, тем более сложные конструктивные решения в нём используются. Это же можно сказать и про материалы. Для достижения высоких значений КПД и длительности горения одной закладки топлива при производстве эффективных теплогенераторов применяются современные дорогостоящие материалы.

Классические котлы

Классический котёл хорошо подходит для отопления небольших по площади помещений. Он способен непрерывно работать на номинальной мощности от 3 до 5 часов на одной закладке топлива. Такой непродолжительный период работы связан с тем, что тепло генерируется практически полностью от прямого горения топлива. Этот способ получения тепловой энергии наиболее простой, но обладает относительно небольшой эффективностью.

Конструкция такого теплогенератора состоит из камеры загрузки (она же камера сгорания или топка), водяного и конвекционного теплообменника (в некоторых моделях). При этом в стенки котла вокруг наиболее горячих мест топки встроена так называемая водяная рубашка. Она представляет собой совокупность каналов для движения воды внутри корпуса теплогенератора. Водяная рубашка выполняет роль основного теплообменника, снимая большую часть сгенерированного в топке тепла.

Более совершенные модели, оснащены дополнительным источником тепла для теплоносителя (воды) — конвекционным теплообменником. Он представляет собой систему воздушных каналов, по которым движутся отработанные дымовые газы. Так как эти газы имеют высокую температуру, с них также можно получать тепло. Поэтому для дополнительного теплосъёма дымовые газы запускаются по более сложной траектории, где на пути их следования размещены каналы для воды. Таким образом жидкость нагревается не только от контакта с зонами сгорания топлива, но и от нагретых дымовых газов.

У классических конструкций есть два важных преимущества — их невысокая стоимость и полная энергонезависимость.

Котлы длительного горения

Эта разновидность теплогенераторов специально спроектирована таким образом, чтобы максимально продлить работу устройства на одной закладке топлива. Такие котлы имеют большую камеру загрузки. При этом топливо горит только в ограниченной области, не распространяясь сразу на весь запас. Кроме того, в КДГ топливо частично сгорает, а частично разлагается вследствие пиролиза. Данный процесс приводит к образованию пиролизных газов, которые сжигаются при значительно более высоких температурах, чем исходное сырьё.

Существует две разновидности КДГ — цилиндрические модели (Стропува и аналоги) и шахтные котлы на основе конструкции Холмова. Первые ещё называют КДГ верхнего горения, а вторые — КДГ с горением нижнего слоя. Стропува состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса, в который сверху загружается большой объём топлива. После заполнения камеры загрузки поверх топлива устанавливается дисковидный распределитель воздуха с вертикальной телескопической трубой.

У цилиндрических теплогенераторов горит только верхний слой, который находится в непосредственном контакте с распределителем воздуха. Телескопическая труба и распределитель от постоянного контакта с высокой температурой регулярно выходят из строя и требуют замены. Кроме того, в связи с тем, что верхний слой постоянно горит, добавлять топливо в процессе работы котла нельзя. Поэтому непрерывная работа Стропувы исключена — приходится ждать, пока догорит первая закладка, которая под конец горит достаточно слабо. В результате некоторое время, до полноценного разгорания следующей партии топлива, система отопления будет недополучать тепло.

Устройство обычно состоит из двух вертикальных шахт — камеры загрузки и второй шахты с теплообменником. Топливо загружается в первую шахту, где в нижней её части начинается процесс горения. Теплогенератор спроектирован таким образом, что пламя не распространяется на всю закладку топлива, а концентрируется в небольшой области снизу. Это позволяет увеличить эффективность работы котла и повысить время его работы от одной закладки.

Кроме прямого горения, в нижней области первой камеры протекает также процесс теплового разложения (тления) топлива — пиролиз. При этом выделяются пиролизные газы, которые частично там же и сгорают, а частично проникают во вторую шахту. В нижней части второй камеры расположены специальные керамические катализаторы, здесь происходит дожигание пиролизных газов.

Пиролизные котлы

Пиролизные или газогенераторные котлы вырабатывают тепло посредством сжигания пиролизных газов. Эти газы образуются в процессе теплового разложения топлива, например дров или топливных брикетов (тления). Температура их горения достигает 1100 °С, что значительно выше средней температуры, при которой происходит прямое горение топлива. Таким образом, при одинаковом объёме исходного сырья пиролизный теплогенератор способен получить в 2-3 раза больше тепловой энергии, чем классический котёл прямого горения.

Конструктивно пиролизный котёл состоит из вертикальной камеры, разделённой на две части — верхнюю, где происходит образование пиролизных газов, и нижнюю, где эти газы сжигаются. За передачу тепла в систему отопления отвечает водяная рубашка и/или водотрубный теплообменник. 

При использовании дров в большинстве случаев пиролизный теплогенератор для запуска и эффективной работы нуждается в очень сухой древесине (влажность до 20%). Чтобы получить дрова такой влажности их нужно хранить под проветриваемым навесом от одного до полутора лет.