Устройство твердотопливных котлов верхнего горения
Котлоагрегат с верхним горением относится к классу твердотопливных отопительных устройств, слоевого типа сжигания топлива. Конструкция топки обеспечивает длительное горение твердого топлива, в связи, с чем не требуется ежедневное обслуживание котла верхнего горения.
Особенности строения — внутренний объем вертикального корпуса используется как топка. Она выполнена таким образом, что процесс сгорания твердого топлива протекает сверху вниз.
Это становится возможным благодаря тому, что подача воздуха с небольшим дефицитом, происходит непосредственно в зону горения. Из-за недостатка воздуха протекает процесс тления твердого топлива, при этом из него выделяются горючие газы.
Они догорают в верхней части топочной камеры, выделяя максимальное количество тепла. Такая организация топочного процесса увеличивает теплоотдачу и уменьшает удельный расход топлива из-за снижения потерь тепла с химическим и механическим недожогом. Топочная камера разделяется на 2 части воздушным распределителем, имеющего форму трубы.
На одной ее стороне закреплена площадка с лопастями, для турбулентной подачи воздуха, а на другом конце поступает воздух. Котлы верхнего горения обладают цикличностью загрузки топлива. Пока не выгорит первая топливная закладка, новую порцию угля или дров засыпать нельзя.
Где применяются
Котлоагрегаты длительного горения на твердом топливе, применяются для теплоснабжения коммунально-бытовых, промышленных, торговых и общественных объектов. Условия установки таких модификаций отопительных котельных намного проще, чем газовых, не требуют специальных разрешений.
Тем не менее для них необходима установка отдельной топочной и складского топливного помещения, чтобы уголь или дрова перед подачей в топку были сухими.
Для выработки тепловой энергии котлы длительного горения способны также использовать отходы деревообработки, брикеты и гранулы.
В зависимости от размера топки в агрегат закладывают топливо 1 раз в сутки, а некоторые модификации 1 раз в 3 суток. При наличии бункерной подачи топлива, процесс загрузки может происходить в автоматическом режиме. Котлы могут обеспечивать не только нагрузку по отоплению, но и горячее водоснабжение с включением в схему внешнего бойлера косвенного нагрева.
Установка и важные нюансы
Чтобы печь длительного горения работала безопасно, придерживайте таких правил:
- На расстоянии прогревании запрещается использование легковоспламеняющихся и горючих предметов.
- Дымоход должен быть разборной для чистки.
- Перед началом проведите испытание, чтобы выбрать оптимальный режим работы.
Для отвода дыма используйте трубу с диаметром в 15 см и длиной 5 метров. При меньшем сечении трубы дым не будет хорошо удаляться, а при большем появится сильная тяга. На дымоходе следует установить регулировочную задвижку. Также не забывайте удалять скапливаемый конденсат, делать это нужно регулярно. Если сделан дымоход неразборного типа, в нем должны быть дверцы для очистки. Можно легко предотвратить обильное образование конденсата, если сделать дымоотвод по типу сэндвича. Для этого между трубами с разным диаметром следует уложить слой стекловаты, а сверху трубу накрыть дефлектором, чтоб не попал дождь и снег.
Если в доме есть дети, печь следует обложить кирпичом. Кладка будет в роли защитного экрана, чтобы никто не обжегся при случайном касании, а также стены и предметы были предохранены от перегревания. Также она станет прекрасным аккумулятором тепла. Так, кирпич будет накапливать тепловую энергию, и отдавать в комнату намного меньше, нежели железный корпус. Фундамент требуется установить в том случае, если под печью пол из горючего материала. Его необязательно сильно углублять, так как вес не очень большой.
Принцип работы
Увеличение продолжительности процесса горения достигается не только большой топкой. Существенное воздействие на эффективность и теплопередачу имеет организация топочного горения в виде слоевого сжигания с верхним горением и верхней подачей дутьевого воздуха, поэтому в нижних топливных слоях газовоздушные потоки не циркулируют совсем.
Принцип работы котлоагрегата с длительным горением твердого топлива: Воздух, требуемый для сгорания топлива, отбирается непосредственно из топочного помещения и проходит через стадию предварительного нагрева в верхней камере подогрева котлов верхнего горения.
В камеру нагрева вмонтирован трубный воздухораспределитель, для подачи горячего воздуха в топочное устройство. Система подачи может быть гравитационной и принудительной.
Воздухораспределитель оборудован каналами, направленными вертикально. Перед топливозагрузкой его поднимают с помощью встроенного механизма, далее засыпают топливо и опускают распределитель, который опирается на верхний топливный уровень. По мере выгорания он опускается вниз топочного пространства. Такое движение распределителя обеспечивает воздухоподачу в верхний слой горячего топлива.
В контактной зоне воздухораспределителя с топливным слоем расположен стальной диск — стаскоблин. Обходя его, огонь поступает в пиролизную камеру, расположенную между диском и камерой нагрева воздуха.
Здесь полностью догорают горючие вещества, передавая тепло через стенки топки греющему теплоносителю, циркулирующему во встроенном теплообменнике. Дымовые газы отводятся через газоотводящий патрубок в дымовую трубу. Зола собирается в зольном коробе, расположенным внизу котлоагрегата, под топкой. Объем ящика позволяет чистить его с периодичностью от 2 до 5 загрузок.
Как выбрать котел верхнего горения
Модельный ряд твердотопливных котлов верхнего горения нельзя назвать широким, поскольку их производства довольно новое и производители котельного оборудования сравнительно недавно стали выпускать подобные модели. На практике почти все современные модели обладают похожими конструкциями.
Пользователи при выборе марки котла должны обратить внимание на особо значимые аспекты:
- Материал котлового теплообменного аппарата, обычно это сталь или чугун. Первые устанавливаются в более дешевых вариантах и менее долговечны не более 15 лет. Чугунные варианты имеют срок эксплуатации выше 25 лет/
- Эффективность работы котла, КПД выбирают как можно выше из доступного диапазона 85-92 %.
- Зависимость от электроэнергии, энергонезависимые агрегаты необходимо устанавливать в районах, с низкой надежностью подачи электроэнергии, при этом надо учитывать, что такие котлы будут работать с естественной циркуляцией по воде и дымоотводу.
- Объем загрузки топлива, хорошие котлы обеспечивают загрузку 1 раз в 3-7 дней.
Пиролизная ракетная печь из консервных банок своими руками
Походная горелка-«щепочница» всегда пригодится, тем более что для неё не нужно специальных материалов и навыков. Изготовить её сможет даже подросток. Однако для того, кто впервые взялся за решение вопроса отопления «ракетными» печами, это будет хорошей практикой, т. к. принцип работы идентичен:
- Берём две жестяные банки разного диаметра и высоты (разница на 20–25 мм).
- Вырезаем отверстие, равное диаметру меньшей банки в дне большей банки.
- Делаем сеть отверстий в дне меньшей банки.
- Делаем пояс отверстий на стенке меньшей банки в 1/5 её высоты от открытого края.
- Делаем пояс отверстий на стенке большей банки в 1/7 её высоты открытого края.
- Вставляем меньшую банку в дно большей так, чтобы дно меньшей подходило к открытому краю большей. Горелка готова.
Вы наверно уже догадались, что, в принципе, это коаксиальная система газопровода. Добавляя к такой горелке разные приспособления, можно увеличить объём топливного отсека или кипятить воду.
Если в стенке большей ёмкости вырезать отверстие под канал и установить вентилятор, получится не что иное, как РП с турбонаддувом.
Используя этот «карманный» вариант, можно проводить эксперименты и сравнительные замеры — как горит материал сам по себе и как с применением вторичного воздуха.
Расчет необходимой мощности нагрева
Расчет тепловой мощности котлоагрегата должен покрывать все тепловые потери здания с запасом не менее 20 %. Если котел должен вырабатывать тепловую энергию для подогрева воды, мощность соответственно должна увеличиваться по объему водопользования в каждом конкретном случае.
Расчет теплопотерь здания является довольно сложным, он зависит от климатического района расположения объекта и материала стен и кровли.
Для приблизительного расчета в центральном районе России для домов, с кирпичной кладкой не менее, чем в 2 кирпича и межэтажной высотой 2,7 м можно воспользоваться практической формулой из расчета 1 кВт на 10 м2 площади объекта с запасом 20 %.
Например, для коттеджа с площадью 150 м2 тепловая мощность котлоагрегата на отопление будет равна:
150:10х1,2 = 18,0 кВт
Для семьи из трех человек необходим бак ГВС не менее 100 л с мощностью 5.8 кВт.
Таким образом, общая нагрузка на котел будет:
18.0 + 5.8 = 23.8 кВт
Инструменты и приспособления
Для самостоятельного изготовления печи следует сначала определить место, где вы хотите поставить устройство. Это должно быть помещение, в котором проведено электричество и оно имеет большую площадь. Теперь о материалах. Проще всего использовать для печи бочку из стали с объемом в 200 литров. Но в целом объем не имеет большого значения, от него требуется лишь теплоотдача устройства, можно использовать газовый баллон и даже огнетушитель. Но все де, объем – из 27-литрового баллона можно сделать печь для обогревания бани, из огнетушителя устройство для очень маленького помещения. Также немалое значение имеет и толщина металла, так как чем толще он будет, тем дольше проработает печь. Если нет ничего подходящего, используйте стальные листы или толстостенную трубу. Металл должен быть без повреждений и следов ржавчина.
Также требуются еще некоторые материалы:
- Трубы, арматура или угольник для ножек, если печь будет круглой формы.
- Листы стали с толщиной 0,5 см по размеру торцевой стороны печи.
- Материал для создания герметичной дверцы.
- Труба с диаметром в 10 см, которая будет на 15 см длиннее, чем устройство.
- Труба 5 м и с диаметром в 15 см для дымоотвода.
Из измерительных приспособлений потребуется отвес, рулетка, строительный уровень, а еще мастерок, молоток и киянка.
Чем лучше топить
Самым главным преимуществом применения твердотопливных котлоагрегатов является их универсальность по использованному топливу: дрова, брикеты, пеллеты и каменный уголь.
Выбирая топливо нужно исходить из его теплотворной способности:
- уголь, 15-25 Мдж/кг;
- дрова,15-17 Мдж/кг;
- древесные гранулы 12-17 Мдж/кг.
Не менее важно при выборе топлива учитывать время его сгорания в топке. При применении дров и брикетов, усредненное время функционирования котла на одной заправке не превышает 30 часов. В то же время, на прессованных пеллетах, он способен обогревать дом не меньше 72 часов.
Высокотехнологичные автоматизированные котлы на угольном топливе, могут отапливать комнаты 5 дней и даже больше, что значительно увеличивает практичность применения подобных агрегатов.
Сегодня особой популярностью пользуются комбинированные модификации, работающие как от твердого топлива, так и от электрических ТЭНов.
Подобное теплосиловое оборудование характеризуется практичностью, многофункциональностью и несложной эксплуатацией. В качестве базового топлива используют дрова либо уголь, а при их отсутствии включаются ТЭНы, что обеспечивает требуемый температурный режим в доме.
Тепловые насосы
Такое тепло добывается из ничего, просто из воздуха. Это кондиционер наоборот. Насос сам тепло не производит, он только извлекает его из среды и отправляет в нужном направлении.
Принцип действия
Принцип действия насоса состоит в том, чтобы забирать тепло из среды, в которую его поместят. Однако насосу нужна стартовая энергия. Например, для того, чтобы переместить, 10 кВт тепловой энергии, ему необходимо потребить около 3 кВт электроэнергии.
Разница впечатляет! А при наличии электричества, позволяет сделать выбор в пользу теплового насоса для экономного отопления частного дома без газа.
Особенности и цены
Однако проблема состоит в том, что при сильных морозах такой насос даёт сбои. Хорошо работает при морозах до −15, прекращает работать при −30. Есть еще один недостаток — при практически дармовой энергии сам наосо стоит очень дорого — от 200 000 до 1 500 000 рублей.
Топ 5 лучших моделей
В торговой сети сегодня можно найти как сравнительно недорогие и простые отечественные котлоагрегаты, так и полнофункциональные автоматические котлы западных производителей популярных фирм: Stropuva — литовского производителя, Buderus — германская котельная марка, WATTEK — чешский котел ACV — бельгийский производитель котельного оборудования и австрийскую марку Wirbel.
Наиболее популярными производителями российских фирм, выпускающие котлоагрегаты длительного горения являются Магнум, Новосибирской металлообрабатывающей компании, ZOTA, выпускаемого компанией Красноярскэнергокомплект и Теплов Универсал Костромского завода.
Stropuva S 15 U
Небольшой литовский котел с тепловой мощностью 15.0 кВт, способный отопить дом до 150 м2, самый лучший агрегат для теплоснабжения некрупных частных домов. Марка S 15 U обладает универсальностью и способна функционировать на любом твердом топливе.
Лучшие характеристики котла обеспечены при использовании каменного угля, при его загрузке в топочную камеру 217 л, котел способен работать 7 суток с КПД от 86 до 90%, вырабатывая теплоноситель с температурой 75 С.
При работе с дровами нужно использовать только сухие, чтобы препятствовать образованию дегтя на стенках в топке. Котел имеет массу 205 кг и срок эксплуатации более 10 лет.
Цена: 91 500 руб.
Liepsnele L20-U
Литовский котлоагрегат, с более мощной установкой 20.0 кВт, аналог Стропувы, с более совершенными характеристиками и поэтому дорогой комплектацией агрегата. Он имеет самую объемную топку — 320 л, а КПД, практически равным газовому котлу — до 91%. Чугунный теплообменный аппарат обеспечивает срок эксплуатации до 25 лет.
Универсальность по топливу позволяет использовать любое твердое топливо, однако самый длительный период работы на 1 заправке до 7 суток обеспечивается каменным углем. Максимальная температура воды на выходе из котла — 80 С.
Невысокое рабочее давление горячей среды 1,5 атм., допускает использовать его только в отопительных системах с естественным движением теплоносителя.
Цена: 110 000 руб.
Galmet Top
Польский пиролизный котел верхнего горения с тепловой мощностью 20 кВт, для нагрева дома площадью 160-200 м2. Это очень современная универсальная модификация с 100 % уровнем автоматики, умным PID-контроллером, дутьевым электровентилятором и погодозависимой автоматикой.
Температура теплоносителя на выходе 55- 80 С. Отличительная возможность управления двумя отопительными контурами теплый пол + ГВС, а также имеется встроенный насос рециркуляции.
Несмотря на очень качественную тепловую изоляцию, производитель не смог добиться высокого КПД работы котла, он не превышает на угольном топливе — 87%. Теплообменник стальной, поэтому срок службы тоже не большой — 15 лет.
Цена: 89 000 руб.
Неделька КО-60
Очень популярная в России и странах СНГ модель с названием отвечающему за недельный срок работы от одной загрузки, при этом объем камеры не превышает 160 л. Мощность очень высокая для таких габаритов: пиковая 60 кВт, а в режиме длительного горения 25 кВт, управляется автоматикой и может обогреть площадь до 350 м2.
Высочайший КПД — 92 % достигается при использовании качественного угля. Этому также способствует рабочий пульт управления тепловыми процессами котла Prond Proton 405.01 и дутьевой вентилятор WPA X2, для создания наддува котла.
Теплообменный аппарат и корпус агрегата сделаны из очень толстой топочной стали, что увеличивает срок службы, хотя и привело к увеличенному весу в 420 кг.
Цена: 130 000 руб.
Универсал TA-40
Водонагревательный отопительный котел нижнего горения с верхней загрузкой Теплов Универсал 40 кВт Костромского завода, имеет возможность обогревать любые жилые и промышленные помещения до 400м2 с одновременной подготовкой ГВС. Котел по топливу универсальный, способный работать на любом твердом топливе.
В продаже имеются автоматизированная либо энергонезависимая компоновка агрегата. КПД котла не выше 82 % в ручном режиме, при использовании автоматики превышает 85 %.
Программное обеспечение котла способно поддерживать температурный режим в доме на протяжении суток, а также распределять мощность по приоритетам «отопление — ГВС» в 4-х режимах. Цена: 103500 руб.
Отопление солнцем
Преобразовать солнечную энергию в тепловую можно только в случае, если над крышей вашего дома солнце светить часто и подолгу. К сожалению 80% территорий России к этому отношения не имеют. Впрочем, даже в теплом климате полагаться только на солнечное отопление нельзя, обязательно нужен резервный источник.
Принцип работы
На месте «под солнцем» устанавливают поглощающие свет батареи, которые перерабатывают солнечную энергию сразу в тепловую, а затем передают теплоносителю. Есть два вида солнечных коллекторов — вакуумные и плоские. Вакуумные считаются наиболее эффективными и экономичными. Использование энергии солнца — это достижение науки.
Плюсом солнечного отопления является небольшая цена на солнечные коллекторы. Плоские устройства можно приобрести по цене от 1500 до 60 000 рублей. Вакуумные гораздо дороже — около 80 000 рублей. Однако, если учесть, что за топливо платить не надо, то цена вполне адекватная.
