Принцип работы и преимущества шахтных твердотопливных котлов

Главная / Твердотопливные котлы

Назад

Опубликовано: 10.08.2019

Время на чтение: 6 мин

0

5298

Шахтные котлы (ШК) с длительным горением пиролизного типа или котлы Холмова является одной из разновидностей твердотопливных теплогенераторов. Они относятся к классу энергонезависимых и эффективных агрегатов, с принудительным или естественным движением газовоздушной среды.

Обычно, шахтные котлы изготавливаются на промышленных площадках, тем не менее, сегодня существует много конструкций выполненных своими руками умельцами с соблюдением требований нормативов и стандартов в области изготовления и безопасной эксплуатации котельных установок.

Многие устройства комплектуются энергоэффективными функциями с дополнительным контуром нагрева воды и баком-аккумулятором.

• 1 Котёл Холмова
• 2 Принцип работы котла
• 3 Достоинства и недостатки
• 4 Изготовление шахтного пиролизного котла 4.1 Алгоритм создания котла своими руками.

Котёл Холмова

Эта модификация печи отличается тем, что она оборудована двумя камерами — для установки теплообменника и отдельно для сжигания топлива. Эти устройства с нижним горением и высотой топки на всю высоту, что стало названием для них. Принцип действия зависит от конструкции.

Самыми популярными сегодня являются две конструкции:

• пиролизные котлы Холмова (ПК);
• обычного горения.

Топливо сгорает внизу закрытого топочного пространства. Вторая шахта меньшего размера, служит для дожига уходящих газов и охлаждения их в бойлере подогрева воды на отопление.

Энергонезависимые устройства контролируют температуру термостатом RT3, установленного на фронте конструкции. Для полноты горения топлива Подача воздуха в него, регулируется дверкой поддува расположенной на основной двери зольника.

Котел Холмова. Вид сверху и сбоку

Специальный ограничивающий затвор установлен для того, чтобы обеспечить минимальный воздухопроход. В верхней тыловой части агрегата находится патрубок для присоединения дымовой трубы, обеспечивающей естественную тягу.

Котел оборудован клапаном-отсекателем и компенсаторами на наружной части и внутри корпуса, предназначенных для предотвращения от разрыва сварных швов во время аварийного перегрева.

Плюсы приборов с верхней загрузкой

• Высокая эффективность. Кроме отмеченных моментов, это обусловлено еще и спецификой горения топлива. В обычных ТТ котлах пламя постепенно захватывает все закладку. В аналогах с верхней загрузкой она так называемого шахтного типа. То есть непосредственно процесс горения затрагивает лишь нижний слой дров (угля), в то же время как верхняя часть закладки проходит этап предварительной просушки. Собственно, такие котлы – лишь одна из разновидностей установок длительного горения. Подробнее о приборах этой группы можно узнать здесь.
• Удобство эксплуатации. Это логично вытекает из первого пункта. Если для котлов ТТ с фронтальной загрузкой необходимо постоянно следить за процессом горения и регулярно подбрасывать в топку уголь или дрова, то модификации с ВЗ избавляют пользователя от этого. Экономия времени налицо.
• Энергонезависимость. Для работы элементов управления и контроля подключение котла к сети пром/напряжения не требуется.
• Простота использования и ухода. Как результат – затраты на обслуживание и ремонт по сравнению с более «навороченными» аналогами несоизмеримо меньше.

Принцип работы котла

Процесс генерации тепла происходит двумя способами: непосредственным сжиганием природного топлива и дожиганием пиролизной газовой смеси, образующейся из-за недостатка воздуха. Часть топлива тлеет, выделяя дым со смолой и сажей. Далее газы мигрируют сквозь угли, насыщаясь горючими составляющими, и превращаются в газогорючую смесь.

Эти агрегаты шахтного типа — с нижним горением. Процесс осуществляется на уровне 20.0 см нижней зоны топочного пространства. Верхнее топливо ждет в горячем резерве, пока нижнее догорит. Дымовые газы собираются примерно на уровне 30.0 см над топливом.

Основной объём первичного воздуха попадает под колосники и перемещается в часть агрегата для пиролизного дожига. Он захватывает дымовые газы над уровнем горения.

Шахты разделяет перегородка имеющая внизу малый просвет, через который пламя тягой затягивается из первой камеры в другую, где завершается полный дожиг горючих газов, омывающих с Т +850 С конвекционный теплообменник.

Радиационному нагреву подвергается отопительный контур в водяной рубашке котла шахтного типа, остататочное тепло передается теплообменнику конвекционного типа.

Как правильно топить

Для реализации преимуществ шахтного котла и повышения эффективности теплоотдачи важны 2 момента: качество топлива и правильная укладка. Дрова твердых (например, хвойных) пород содержат много смол, которые скапливаются на стенках камер, и понижают эффективность работы. Древесные брикеты, пеллеты удобны в использовании, хорошо горят, но цена на них выше.

Розжиг и настройка котла отнимают немного времени, но от правильности прохождения этого этапа зависит качество работы агрегата.

Соблюдают несложный алгоритм:

1. На колосники укладывают немного топлива, поджигают, как в дровяной печи. Спустя несколько минут пламя разгорается. Когда оно становится сильным, котел выходит в рабочий режим.
2. Проводят дозагрузку топлива. Агрегат начинает работать в пиролизном режиме.

Не меньше половины закладки должно приходиться на сухие дрова. Полена повышенной влажности укладывают сверху: к моменту горения они успевают просушиться.

Распространенная ошибка пользователей – неправильная укладка дров, отчего они застревают в шахте. Котел устроен по принципу нижнего горения, поэтому топливо должно само опускаться на жар.

Чтобы горение не прерывалось, полена должны быть немного короче расстояния между стенками загрузочного отсека. Дрова укладывают поперек шахтного отверстия: тогда они смогут беспрепятственно опускаться вниз.

Достоинства и недостатки

Шахтный агрегат обладает такими основными преимуществами:

1. Универсальность, доступность работы на разных видах топлива, в том числе и на жидком для модифицированных установок.
2. Высокий КПД котла, производительность и автономность без дозагрузки топлива до 24 часов.
3. Продуманная конструкция, упрощающая обслуживание, загрузка/выгрузка осуществляются через отдельные люки.
4. Надежность и безопасность, поэтому загазованность помещения и отравление угарным газом, можно сказать, сведена на «ноль».

К недостаткам относят:

• повышенное сажеобразование и смолы при сгорании топлива;
• огромные габариты установки.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Stropuva S15U

Известная литовская модель мощностью 15 кВт, по сути один из лучших котлов верхнего горения для отопления частного дома. Модель S15U, в отличие от обычной S15, – универсальная, т.е. способна работать на дровах, угле, торфе, пеллетах. Производитель рекомендует использовать в качестве топлива каменный уголь. На практике, при полной загрузке (217 л) качественным каменным углем длительность горения может достигать 7 суток. КПД, в зависимости от используемого топлива, – 85-90%.

При топке дровами котел имеет существенные недостатки: высокие требования к сухости дров и высокий уровень образования на стенках топки дегтя. Также недостатком является огромный вес – 205 кг. В остальном согласно практике монтажа и отзывам владельцев, котел беспроблемно работает уже на протяжении более 7 лет.

Стоимость: 81 500–101 770 рублей.

Котлы с длительностью горения одной закладки топлива до 7 суток

LIEPSNELE L20U

Еще одна универсальная литовская модель мощностью 20 кВт, отличный аналог Стропувы – превосходящий ее по характеристикам, но и более дорогой. Отличается модель одной из самых объемных на рынке камер сгорания – 320 л, а также высоким КПД – до 91%. Теплообменник чугунный, в стальном корпусе.

Котел известен своей надежностью, качеством используемых сплавов и сборкой, а также абсолютной «всеядностью»: можно сжигать дрова, опилки, стружка, пеллеты, уголь или даже торф. Однако стоит помнить о длительности горения каждого из видов топлива. Наиболее длительное горения достигается при сжигании каменного угля: вплоть до 7 суток.

Единственным недостатком является довольно низкое допустимое давление в водяном контуре – 1,5 бар. Поэтому котел нельзя использовать в закрытых системах отопления больших домов, где давление в контуре часто в пределах 1,7-2,5 бар.

Galmet TOP-20

Польский универсальный котел верхнего горения стандартной компоновки мощностью 20 кВт. Отличается максимальной автоматизацией работы: уже в базовой комплектации предусмотрен умный PID-контроллер (автоматика), вентилятор, нагнетающий в топку воздух, возможность подключения внешнего термостата. В зависимости от комплектации, также оснащается погодозависимой автоматикой (уличный датчик). Также модель отличается наличием качественной теплоизоляции, которая минимизирует теплопотери через корпус котла.

Тем не менее, несмотря на качество материалов и умную автоматику, в отличие от шахтных вертикальных котлов, имеет более низкий КПД – 87%. Теплообменник в отличие от предыдущих моделей – стальной, хотя и с толстыми стенками (6 мм против стандартных 4 мм в других моделях), что в теории продлевает срок службы до 15 и более лет.

Стоимость: 89 000-90 900 руб.

НЕДЕЛЬКА КО-60

Известная модель российского производства большой мощности (60 кВт). Название модели говорит за себя – длительность горения на одной закладке угля – до 7 суток, при объеме топочной камеры 160 л.

КПД при использовании качественных сортов угля достигает 92%. В качестве топлива можно использовать и дрова, торф, пеллеты. Теплообменник и корпус котла изготовлены из крайне толстой печной стали, что отразилось и на весе в 420 кг. Несмотря на огромную теплопроизводительность, котел рационально использовать при отапливаемой площади не более 200-250 м2. При большей площади достигнуть длительности горения в 7 суток невозможно.

Существенным недостатком является крайне высокая цена, сравнимая с более качественными по сплавам, сборке и конструкции зарубежными моделям. Тем не менее, котел представляет отличную альтернативу.

Стоимость: 130 000 руб.

Изготовление шахтного пиролизного котла

Большим спросом сегодня пользуются модифицированные ПК, с высокими КПД, позволяющими сэкономить значительное количество топлива и функционирующие от одного заполнения более суток. Простота конструкции позволяет изготовить котел при наличии даже небольшого опыта сварочных работ.

Чертеж обыкновенного пиролизного котла

Основание для создания эффективного котла Холмова своими руками послужит надежная конструкторская документация: чертежи, спецификации и расчеты, которые сегодня можно найти в интернете.

Выбирая нужный чертеж агрегата обращают внимание на объем загрузки устройства, чем он больше, тем продолжительнее будет работа и от чего зависит мощность теплогенератора.

Алгоритм создания котла своими руками.

1. Выполняют основную частью устройства и разделяют его на две камеры, устанавливая перегородки и задвижки, для воздухоподачи.
2. На металлический лист переносят схему деталей и вырезают их автогенном.
3. Сваривают боковые элементы усиленным швом.
4. Между бойлером и топкой в перегородке прорезают 2 отверстия — вверху и снизу около колосника.
5. Устанавливают детали топки и обваривают их.
6. Крепят задвижку у верхнего отверстия и закрепляют ее.
7. Выполняют колосники с нарезкой узких продольных щелей.
8. Размещают колосники на металлических уголках (чугунные) или приваривают (стальные).
9. Выполняют дверки топки и зольника.
10. Устанавливают и обваривают бойлер из труб 25 мм с водяной рубашкой.
11. Обустраивают камеру дожига дымогазовой смеси, приварив перегородку рядом с колосником.
12. Внизу выполняют отверстие, для установки воздушной трубы 50 мм с глухой заслонкой на выходном конце и множеством отверстий для создания равномерного воздушного потока.
13. Топочную камеры изолируют шамотом, а далее она доутепляется базальтовой ватой, что повышает теплоэффективность котлоагрегата.
14. Далее выполняют установку изготовленного оборудования, обвязку водяного и дымогазового трактов, монтаж отопления, после чего опрессовку системы.

Советы и рекомендации по эксплуатации

Перед запуском проводят испытания: нагнетают воздух под давлением 1,5 атм. Наблюдают за швами, предварительно промазанными мыльным раствором: нет ли разгерметизации.

Полностью загруженный топливом котел выходит на номинальную мощность за 20 минут. В течение часа расходуется в среднем 3 кг дров. Продолжительность горения при нормальном режиме зависит от вместимости бункера.

Если погода не требует высокой температуры теплоносителя, многие агрегаты переключаются на тлеющий режим. Производители советуют загружать меньше топлива. Тление плохо сказывается на состоянии газоходов, внутренней поверхности котла.

Из всех твердотопливных агрегатов шахтные самые удобные, эффективные, неприхотливые. Для загородных домов это лучшее решение проблемы с отоплением.

Лучшие шахтные котлы

ШК пиролизного типа сегодня востребованы у населения, проживающего в одноэтажных и двухэтажных домах, поскольку они доказали свою эффективность и продемонстрировали простоту эксплуатации.

Рынок довольно быстро отреагировал на запросы покупателей и наполнился большим разнообразием агрегатов отечественных и зарубежных производителей.

В рейтингах покупок в сети 2022 году наибольшим спросом пользуются агрегаты со сроками эксплуатации более 20 лет и инновационными поверхностями нагрева.

Основные характеристики шахтных котлов.

Таким образом, подведя черту, можно утверждать, что котлы шахтного типа – эффективные устройства с низким удельным расходом топлива. Такие агрегаты сегодня применяется для индивидуального отопления жилых и общественных, существенно снижая расходы владельцев на обогрев.

Как выбрать котел верхнего горения

В виду небольшого выбора, когда все достойные , особые критерии, по которым можно фильтровать котлы отсутствуют. Практически все модели имеют похожую конструкцию, часто изготовлены из похожих сплавов, и те, и другие имеют длительный опыт беспроблемной эксплуатации. Однако стоит обратить на наиболее важные критерии:

1. Материал теплообменника. Существует два варианта исполнения: сталь и чугун. Стальные теплообменники устанавливаются в более дешевые модели, они более устойчивы к перепадам температуры, в случае механического повреждения их можно просто заварить. Однако сталь сильно подвержена коррозии, которая, в зависимости от качества теплоносителя, приводит к протечке спустя 10-15 лет эксплуатации. Чугунные же теплообменники более тяжелые и толстые, они устойчивы к коррозии, срок их службы более 25 лет, однако и стоимость соответствующая. Идеальный вариант исполнения – чугунный теплообменник в легком стальном корпусе.
2. Количество контуров. Одноконтурные модели рассчитаны исключительно на отопление. Двухконтурные модели рассчитаны на отопление и подогрев санитарной горячей воды. Их стоимость всего на 10-30% выше, поэтому решить вопрос горячего водоснабжения наиболее выгодно выбрав двухконтурный котел. Единственная проблема – среди котлов верхнего горения крайне мало двухконтурных моделей.
3. КПД. Коэффициент полезного действия отражает соотношения объема сжигаемого топлива к объему аккумулируемой теплоносителем тепловой энергии. Соответственно, чем выше КПД, тем больше тепла можно получить при меньшем расходе топлива.
4. Энергонезависимость. Энергонезависимые модели не требуют подключения к электросети, поэтому работают автономно. Энергозависимые модели имеют принудительную подачу воздуха, более сложную автоматику или циркуляционный насос, для работы которых потребуется подключение к электросети. При этом, мы рекомендуем обзавестись и генератором, на случай отключения электроснабжения.

Модель Неделька К-60 как пример существенно больших габаритов.

Минимально необходимая мощность

Для среднестатистического дома в климатической зоне Подмосковья, с кладкой в 2 кирпича и высотой потолков 2,7 м минимально необходимая мощность рассчитывается из правила 1 кВт на каждые 10 м2 отапливаемой площади. Также мы рекомендуем закладывать запас мощности в 15-25%.

Например, для вышеописанного дома площадью 120 кв. м. минимально необходимая мощность котла – 120:10*1,2 (20% запаса) = 14,4 кВт, всегда округляем в большую сторону – т.е. 15 кВт.

Таких простых и наиболее часто используемых расчетов достаточно в более, чем 90% случаев. Если же дом слегка или серьезно утеплен, находится в южной части страны или, наоборот, находится в северной части страны, имеет большую площадь остекления, показатель может быть скорректирован на 10-50% в меньшую или большую сторону.

Как точно рассчитать необходимую мощность котла Индивидуальный расчет, формула и корректирующие коэффициенты

Изготовление корпуса

Корпус является главным элементом шахтного котла на дровах.

Изготавливают его в следующей последовательности:

1. Сначала изучают чертежи будущего агрегата, чтобы определиться с размерами всех его элементов из металла.
2. На листовой стали с футеровкой размечают прямоугольники, которые станут стенками и частями самодельного устройства.
3. Листы металла режут на заготовки. Делать это нужно автогенной сваркой.
4. Дальше сваривают боковые стенки.
5. В листе, из которого будет сделана перегородка между топочным и теплообменным отделением, вырезают два отверстия – одно вверху, второе – немного выше уровня расположения колосника. При этом высота другого отверстия должна составить 3 сантиметра.
6. Заготовку помещают внутрь корпуса, размещают согласно чертежу и приваривают. На верхнем отверстии со стороны топочного отделения монтируют задвижку, приварив ее основание. С другой стороны прикрепляют горловину, имеющую глубину 4 сантиметра.
7. Для изготовления колосника в куске стального листа с футеровкой создают неширокие продольные отверстия. Этот элемент можно приобрести в готовом виде. Но он должен быть произведен из стали с футеровкой. Чугунное изделие не подойдет, поскольку через несколько месяцев эксплуатации агрегата оно покоробится.
8. Затем приваривают колосник.
9. В боковых стенках для дверок зольника и чистки камеры догорания выполняют отверстия, по периметру которых приваривают горловины таким образом, чтобы они выступали наружу и внутрь на 6 и 3 сантиметра соответственно. Крепить горловину в отверстии в камере догорания желательно после того, как будет зафиксирован теплообменник.
10. К внутренним стенкам тепловой камеры приваривают 2 ряда металлических уголков или профтрубы. Верхний ряд располагают на расстоянии 3 –4 сантиметров от верха. Нижний ряд должен находиться на уровне дна камеры догорания. Эти ряды будут частью водяной рубашки. Нужно отметить, что делать ее вокруг пиролизной камеры не следует, поскольку в результате в ней нарушиться весь процесс.
11. Теплообменник сваривают с внутренней стороной водяной рубашки.
12. Дно камеры догорания нужно приварить на уровне колосника. При этом одну его треть делают горизонтально расположенной, а остальную часть поднимают вверх под углом, размер которого зависит от чертежной документации. Горизонтальным должен быть участок, находящийся возле внутренней перегородки.
13. Над дном создают отверстие, предназначенное для трубы, подающей воздух.
14. В трубе сечением 5 сантиметров высверливают много дырочек. Далее ее приваривают к отверстию в корпусе так, чтобы она выступала наружу на 6 сантиметров. В этой части не должно быть дырок. На конце трубы закрепляют заслонку.
15. Стенки камеры сгорания обкладывают шамотным кирпичом, подогнав материалы под нужные размеры. Ее верх делают из кирпича, выступающего внутрь. Между кирпичами обустраивают отверстие для перемещения пиролизных газов. Аналогично поступают с камерой догорания.

Твердотопливный котел длительного горения — плюсы и минусы

В отсутствии газовой магистрали, альтернатив соорудить систему отопления не много. Можно установить газгольдер, при условии, что поставки газа налажены в регионе. Можно использовать экологически чистую, но дорогую электроэнергию, подключив электрокотел. Но что делать, если подобные варианты не по карману? Или ресурсы газа и электричества ограничены или вовсе отсутствуют?

Твердотопливный котел длительного горения не потребует от владельца значительных затрат по установке и обеспечит разумную замену перечисленных способов обогрева.

Достоинства:

• Простая эксплуатация. Традиционная работа на дровах, пеллетах или угле не потребует специальных навыков. Очистка от золы занимает времени не более часа в неделю.

• Долговечность. Сроки службы превышают 10 – летний период. Котел длительного горения – техника неприхотливая. Простая конструкция, при бережной эксплуатации, может исправно служить несколько десятков лет.

• Экологически чистый. Камера дожига обеспечивает почти полное сгорание топлива. Выбросы вредных веществ естественный продукт сгорания – перерабатываются в результате фотосинтеза.

• Высокий КПД. На рынке представлены модели с значением до 90 – 95 %. Обеспечены минимальные тепловые потери. Инженерные решения оптимизируют процесс дожига пиролизных газов. Конструкция теплообменника спроектирована с максимальной теплоотдачей теплоносителю.

• Эффективность и экономичность. Современное оборудование мало уступает газовым аналогам. Результативность длительного горения достигает семи и более суток.

• Приемлемая стоимость топлива. Порой и единственная возможная. Освобождает от зависимости дорогостоящего газового оборудования.

• Отсутствует разрешительная документация на установку котла. Не требуется заключение договоров с газовыми службами на обслуживание.

• Твердотопливный котел длительного горения позволяет обеспечить домовладение горячей водой, в случае наличия второго контура. Кроме того, расширить функциональность поможет бойлер косвенного нагрева.

Недостатки:

• Постоянное участие владельца. Несмотря на продолжительный процесс горения с одной загрузки, рано или поздно приходится возвращаться к пополнению загрузочного отделения топливом.

• Регулярная чистка. Наверное самый не популярный процесс в обслуживании, требует постоянной очистки от золы. Остается только позавидовать чистому газовому оборудованию или электрическим аппаратам.

• Отдельное помещение. Придется выделять отдельное помещение с хорошей вентиляцией и дымоходом. Твердотопливный котел длительного горения для частного дома, как правило имеет значительные габариты, возможно потребуется подготовить специальное установочное место с усиленным фундаментом.

• Содержание складских запасов топлива. Пополнение и сохранение топливных остатков потребует дополнительных финансовых вложений Соблюдение мер безопасности и поддержание определенной влажности продукта, также добавляют проблем в решении вопросов по складированию.

Котлы на твердом топливе для отопления частного дома

Базовые модели котлов длительного горения с водяным контуром на дровах для дома различают по материалу изготовления, конструкции топки, теплообменника, дымохода, способу загрузки и сжигания топлива.

Дровяной котел длительного горения с водяным контуром оснащают трубчатым (вертикальным) регистром или теплообменником рубашечного типа. Корпусная конструкция практически исключает возможность вскипания воды в системах с естественной циркуляцией.

В основу твердотопливного котла заложен принцип длительного и экономичного сжигания топлива

Стальной дровяной котел длительного горения для отопления дома имеет малую тепловую инертность. Котловой контур из жаропрочной стали выдерживает резкие скачки температуры и давления в системе. Недостаток материала — чувствительность к коррозии, которую усиливает температурное напряжение металла. Межремонтный период работы агрегата из стали – 15 лет.

Стенки чугунного теплообменника дровяного котла для отопления частного дома с батареями нагреваются и остывают долго. Хрупкий сплав не предназначен для критических перепадов рабочих параметров системы.

Твердотопливный котел в полуавтоматическом режиме

Преимущество чугуна обусловлено аморфностью материала к кислородной коррозии. Срок работы котла с чугунным теплообменником, при правильной эксплуатации агрегата, достигает 25 лет.

Принцип работы агрегата длительного горения — принудительное, последовательное, направленное сверху вниз тление древесины, при котором выделяется метан, угарный газ и водород. Недостаток кислорода замедляет скорость распространения пламени. Дополнительная тепловая энергия образуется при сжигании топочного газа. Поток уходящих продуктов горения омывает поверхность теплообменника на выходе из котла. Конструкция позволяет загрузку дров один раз в сутки.

Таблица 1. Цена котлов длительного горения на твердом топливе: