Принцип действия котла Холмова

Принцип действия котла Холмова

Классический твердотопливный котел позволяет использовать разнообразные виды топлива: дрова, уголь, прессованную угольную крошку, отходы деревообработки, топливные брикеты и специальные гранулы — пеллеты. Существенными минусами, которые присущи таким агрегатам, являются интенсивное горение, что весомо сокращает использование одной загрузки, и выброс в дымоход значительного количества недоиспользованного тепла. А это, в свою очередь, значительно снижает КПД.

Особенности процессов горения котлов шахтного типа

Котел Холмова — твердотопливный котел шахтного типа длительного горения. Особенностью конструкции агрегата является наличие двух камер сгорания. В первой происходит горение (тление) топлива. Во второй — экзотермическая реакция дожига газов, выделяющихся при термическом разложении сырья. Количество выделенных газов тем больше, чем выше нехватка кислорода. Вырабатываемое во второй камере тепло создает температуры, превышающие 800–1000 °C, что позволяет активно нагревать водяную рубашку котла и находящиеся внутри теплообменники. Продукты сгорания удаляются в дымоход. Это вкратце. А теперь стоит рассмотреть эти процессы поподробнее.

Способ загрузки

Одна из особенностей этой конструкции — загрузка топлива сверху в основную шахту. Процесс горения исходного сырья происходит на колосниках в нижней части в сравнительно малом слое, толщина которого составляет около 20–25 см. По мере сгорания масса топлива опускается вниз. Таким образом, процесс горения является непрерывным. Способ закладки топлива сверху дает возможность дополнительной загрузки сырья в процессе горения, что важно для удобства эксплуатации.

Пиролизные газы

В процессе горения из топлива выделяется газ. В этот процесс газообразования вовлекается слой, находящийся над основным. Его толщина также составляет от 20 до 25 см. В зависимости от объема присутствующего кислорода его количество будет большим или меньшим. Этот т. н. пиролизный газ имеет ту особенность, что при дожиге с дополнительно поданным воздухом он выделяет большое количество тепла.

Собственно, пиролизное и обычное горение сырья — близкие процессы. Разница в том, что обычное горение осуществляется в одном объеме — происходит сжигание и топлива, и выделившегося в процессе нагрева газа, а пиролизное — в различных камерах, что существенно повышает выход тепла и КПД.

Применительно к котлам длительного горения: в подколосниковое пространство подается воздух, разделяемый на два потока. Меньшая (около 20 %) его часть участвует в процессе горения (тления). Большая (около 80 %) — проходит под колосниками во вторую камеру. Это вторичный воздух, нагреваясь от тепла колосников, вступает в реакцию горения дымовых газов из первой камеры. Горение происходит над катализатором из высокотемпературного материала, как правило, шамотного кирпича с находящимися в нем каналами. Эти обе камеры разделены в нижней части небольшой газовой щелью, через которую и поступают вследствие тяги дымовые газы из камеры горения и вторичный воздух из-под колосникового пространства.

Особенности процесса горения в камере дожига

Исходные условия горения таковы, что котел работает с некоторым недожогом, и полноценного окисления не происходит, а образуется много угарного газа (СО) вместо углекислого (СО₂). Вторичный воздух, нагревшись под чугунными колосниками, на которых тлеет топливо, поступает под сварную часть колосников во второй камере (горбик). При прохождении через многочисленные отверстия катализатора создается избыток поступающего воздуха, что поднимает температуру горения дымовых газов, протекающих через газовую щель, до тысячи градусов. Происходит реакция преобразования СО в СО₂. Далее продукты сгорания поднимаются вверх и обтекают теплообменник, отдавая тепло. После — направляются в дымоход.

Контролируемое горение

Немаловажным условием организации процесса горения и отбора тепла является обустройство поступления воздуха. Оно возможно тремя способами:

• посредством регулирования угла наклона заслонки на поддувальной дверце
• принудительным наддувом;
• посредством установки дымососа на дымовой патрубок котла.

Механическое регулирование тяги

В первом случае заслонка приоткрывается как вручную, так и механически. Принцип действия таков, что в зависимости от температуры теплоносителя приоткрывается или закрывается заслонка подачи воздуха. Регулятор, находящийся в специальной погружной гильзе, крепится в определенное место корпуса так, чтобы осуществлялся контакт с теплоносителем. Термочувствительный элемент реагирует на температуру воды и, изменяясь в объеме, воздействует на шток. К штоку и рычагу заслонки присоединена цепочка. Ослабляя и натягивая цепочку, рычаг меняет угол наклона заслонки и, соответственно, количество поступающего воздуха.

Принудительный наддув

Принудительная подача воздуха нужна:

• в период розжига;
• в случае некачественного топлива;
• при использовании сырья с низким содержанием летучих веществ (угли, кокс);
• в случае ускоренного запуска котла для быстрого прогрева помещений.

Вентилятор позволяет исключить влияние плохой тяги и колебаний погоды. Регулировка осуществляется специальной автоматикой. Управляемое сжигание топлива дает возможность экономить его количество, получая при этом более высокую теплоотдачу.

Использование дымососа

Дымосос также является вентилятором, но защищенным от высоких температур и летучих включений. Дымосос, в отличие от вентилятора, создает не повышенное давление, а разрежение топки, величиной 20–25 Па.

Так же как и вентилятор наддува, дымосос позволяет управлять процессом горения. Кроме того, он исключает возможность задымления помещения при дозагрузке топлива в процессе работы котла. Использование дымососа устраняет проблемы горения, связанные с дымоходами. Поскольку разрежение создается во всем газовоздушном тракте, то именно дымосос ограждает от излишнего дыма при открытой дверце камеры сгорания. А также от протечек токсичного угарного газа, который, как известно, не имеет ни цвета, ни запаха.

Достоинства моделей котлов Холмова

Неоспоримыми достоинствами твердотопливных котлов длительного горения с верхней загрузкой является неприхотливость в использовании топлива.

Для этих моделей подходят:

• дрова с влажностью до 40 %;
• угли разного состава;
• отходы сельхозпроизводства;
• брикеты;
• пеллеты из любого сырья.

Способ нижнего горения и сжигание в двух последовательных камерах позволяют использовать топливо со столь высокими показателями влажности, что недопустимо в пиролизных котлах, и значительно понижает КПД в обычных твердотопливных.