Устройство котла

Главные котлы. Широкое распространение на транспортных судах в качестве главных нашли водотрубные котлы с есте­ственной циркуляцией (Рис. 1.5). Корпус котла включает паро­водяной коллектор 1, водяной коллектор 6, парообразующие трубы 3, 7, составляющие основную поверхность нагрева, и опуcкные не-

обогреваемые трубы 2, через которые подается вода в коллектор 6 и в парообразую­щие трубы 3, 7. В топку 4 котла через топочное устройство 5 по­даются топливо и воздух, кото­рый предварительно

Рис. 1.5. Водотрубный котел с естественной циркуляцией

нагревается в воздухоподогревателе 13 кот­ла. Стрелки 14 указывают под­вод воздуха к воздухоподогревателю, а стрелки 16 – к топоч­ному устройству 5. Дополнительные поверхности нагрева, образованные пучками труб пароперегревателя 9, водяного экономайзера 12 и воздухоподогрева­теля 13, последовательно разме­щены в газоходе котла. Они вос­принимают теплоту от дымовых газов, которые, двигаясь по газоходе котла, постепенно охлаж­даются. Дымовые газы темпе­ратурой 150–200°С направляются в дымовую трубу (стрелки 15). Дополнительные поверх­ности нагрева позволяют повысить экономичность котла, пол­нее использовать теплоту, выделившуюся при сгорании топ­лива.

Принцип действия такого котла заключается в следующем. При факельном сжигании топлива образуются продукты сгора­ния (дымовые газы), имеющие высокую температуру. В топке передача теплоты парообразующим трубам осуществляется в основном тепловым излучением от высокотемпературного фа­кела, а вне топки (в газоходе котла направление хода газов ука­зано стрелками 10) – тепловой конвекцией от движущихся через основную и дополнительную поверхности нагрева дымовых газов. Охлажденные дымовые газы поступают в дымовую трубу (на рисунке не показана).

Питательная вода нагнетается питательным насосом по тру­бопроводу 11 в экономайзер, где подогревается до температуры на 20–30°С ниже температуры кипения.

туда она направ­ляется в водяную часть коллектора 1, смешивается с котловой водой и по опускным трубам 2 движется к водяному коллектору 6, из которого поступает в парообразующие трубы 3, 7. Ряд труб 3, защищающих от облучения факелом опускные трубы 2, называется экраном. Первые ряды пучка 7 и экрана восприни­мают теплоту излучения газов в топке, а поверхности труб 7, 9, 12, 13 – теплоту, передаваемую конвекцией от движущихся га­зов. Внутри труб 3 и 7 происходит процесс парообразования, появившаяся при этом пароводяная смесь поступает в коллек­тор 1. Образовавшийся в циркуляционном контуре пар, пройдя водяную часть коллектора 1, скапливается в его паровой зоне, откуда по перепускной трубе 17 направляется в верхний кол­лектор пароперегревателя 9, а вода, смешиваясь с питательной водой, вновь поступает по опускным трубам 2 к коллектору 6.

Вода и пароводяная смесь движутся по замкнутому контуру: пароводяной коллектор – опускные трубы – водяной коллек­тор – парообразующие трубы – пароводяной коллектор. Это движение происходит за счет разности веса воды и пароводяной смеси в трубах и называется естественной циркуляцией. Сово­купность элементов котла, в которых осуществляется замкнутое движение воды и пароводяной смеси, называют контуром цир­куляции. У котла, показанного на рис. 1.5, только один контур циркуляции. Однако котлы могут иметь несколько таких кон­туров.

В пароводяном коллекторе 1 циркуляционного контура котла размещаются сепарирующие устройства (на схеме не показаны), поэтому пар, направляемый в пароперегреватель, имеет степень сухости, близкую к единице. В пароперегревателе 9 пар подсу­шивается и перегревается. Перегретый пар через главный сто­порный клапан (на схеме не показан) направляется к потреби­телям (стрелка 8).

Значительно меньшие массу и габариты имеют прямоточные котлы (Рис. 1.6), движение рабочей среды в которых происхо­дит за счет напора питательного насоса 12, подающего воду в экономайзер 1 котла. Подогретая питательная вода направ­ляется в парообразующую поверхность нагрева, состоящую из труб 9, полностью экранирующих топку 8, и конвективного пучка 10. Почти сухой пар поступает в пароперегреватель 3, откуда перегретый пар через главный стопорный клапан направ­ляется к потребителям (стрелка 11).

Прямоточные котлы могут обеспечивать большую произво­дительность и высокие параметры пара. Они компактны, маневренны, легко вписываются в габариты котельного помещения, однако очень чувствительны к качеству питательной воды и не­надежны при работе на малых нагрузках.

Котлы, в которых горение топлива в топке происходит при давлении в 2,5–4 раза выше атмосферного, называются высо­конапорными. Они могут быть как с естественной, так и с при­нудительной циркуляцией воды.

Для подачи воздуха в высоконапорный прямоточный котел служит турбонаддувочный агрегат. В состав ТНА входят ком­прессор 6, газовая турбина 4 и добавочный двигатель 7. Обра­зовавшиеся в топке дымовые газы, омывая последовательно по­верхности нагрева, расположенные в газоходе котла, охлаж­даются до температуры 550–650°С и поступают (стрелка 5) в газовую турбину ТНА, здесь происходит их расширение и сни­жжение темпе-

ратуры до 150–250°С. Из турбины газ поступает в дымовую трубу (стрелка 2). Турбина приводит во вращение компрессор. Таким образом, работа газа в турбине расходуется на сжатие и нагрев воздуха в компрессоре.

Рис. 1.6. Прямоточный высоконапорный котел

При малой нагрузке котла мощность газовой турбины может оказаться недостаточной для сжатия воздуха в компрессоре и подачи его в топку. В этом случае применяется добавочный двигатель (обычно паровая турбина). Он не только восполняет нехватку мощности газовой турбины, но и служит источником энергии во время пуска котла из холодного состояния. Пар для этого двигателя поступает от другого котла или от береговой котельной установки.

Вспомогательные котлы. Из вспомогательных котлов отече­ственной постройки наибольшее распространение получили водо­трубные котлы типов КВВА и КАВ. Они установлены на тан­кере «Великий Октябрь», сухогрузах «Капитан Кушнаренко», «Славянск» и других судах. Нормализованный ряд котлов типа КВВА включает котлы паропроизводительностью 0,28–3,35 кг/с [(1 ÷ 12)∙10³ кг/ч] при давлении от 0,49 до 2,75 МПа.

На рис. 1.7 показана схема водотрубного котла КВВА 12/15 с естественной циркуляцией. Котел автоматизирован, имеет сле­дующие параметры: D = 3,35 кг/с (12000 кг/ч), – 1,47 МПа (15 кгс/см²), = 80%.

Корпус котла состоит из пароводяного 1 и водяного 9 кол­лекторов, соединенных между собой подъемными парообразую­щими трубами экрана 6 и пучка 11 и опускными необогреваемыми трубами 5, расположенными за экраном. Топка котла 8 оборудована топочным устройством, состоящим из двух форсу­нок 7 и дежурной форсунки 13 (на рисунке показаны фурмы, в центре кото-

Рис. 1.7. Вспомогательный водотрубный котел	Рис. 1.8. Компоновочная схема вспомогательного огнетрубного котла типа «Кохран»

рых устанавливаются форсунки). Для наблюдения за процессом горения топлива имеются смотровые лючки 12. Для обдувки и мытья поверхностей нагрева установлены сажеобдувочные устройства 10. Кожух 14 котла выполнен с двойной обшивкой, охлаждаемой воздухом. В пароводяном коллекторе размещены питательная труба 4, нижний 3 и верхний 2 дырча­тые щиты.

Аналогичную конструкцию имеют котлы типа КАВ. На сухо­грузных теплоходах иностранной постройки наиболее многочис­ленной является группа огнетрубных и газоводотрубных котлов. Они имеют сходные компоновочные схемы: это цилиндрические вертикальные котлы со сферической топкой без хвостовых по­верхностей нагрева. Обычно котлы имеют такие параметры: D = 0,163 ÷ 0,60 кг/с [(0,6 ÷ 2,5)∙10³ кг/ч],

= 0,49 МПа (5 кгс/см²), = 75÷ 79%. Их характерные особенности – вы­сокое водосодер-жание и большая относительная масса.

Во вспомогательном огнетрубном котле типа «Кохран» (Рис. 1.8) дымовые газы из топки 7 по патрубку 4 поступают в огневую камеру 2 и по дымогарным трубам 3 через коробку 6 направляются в дымовую трубу. Корпус 1 над топкой содержит перегородку 5, которая благодаря сферической форме не пре­пятствует тепловым расширениям при нагревании и облегчает удаление отложений (шлама), оседающих на стенке перего­родки 5.

Котел не очень чувствителен к качеству питательной воды, обладает высокой аккумулирующей способностью, надежен в эксплуатации.

Утилизационные котлы. В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются отходящие газы главных дви­гателей судовой энергетической установки: двигателей внутрен­него сгорания или газовых турбин. Применение УК позволяет экономить топливо на 8–12%. Помимо утилиза­ции теплоты отходящих газов УК обеспечивают глушение шума выпуска главных двигателей и искрогашение. Пар от УК расходуется в основном на судовые нужды.

С увеличением мощности главных двигателей на некоторых судах пере­шли к использованию энергетических установок, в которых УК производят пар для ходовых турбогенераторов или паровой турбины, работающей на винт судна. Например, на танкерах типа «Великий Октябрь» и нефтерудовозах типа «Борис Бутома», на которых мощность главного двигателя превышает 6,5 МВт,

УК генерирует пар, используемый для бытовых нужд и ходового турбогенератора судовой электростанции. На голов­ном судне типа «Капитан Смирнов» УК снабжает паром тур­бину, которая через редуктор работает совместно с главным газотурбинным двигателем на винт судна.

Наиболее широкое распространение в отечественном флоте получили водотрубные УК с принудительной циркуляцией и с автономным сепаратором пара. В качестве примера рассмо­трим принципиальную схему утилизационной котельной уста­новки (Рис. 1.9), в которой использован УК с принудительной циркуляцией воды и пароводяной смеси. При движении судна он обеспечивает перегретым паром турбогенератор, а насыщен­ным паром – вспомогательные потребители.

Рис. 1.9. Утилизационная котельная установка с котлом КУП-700

Котельная установка включает собственно котел 2, автоном­ный сепаратор 9, циркуляционный насос 4. Утилизационный ко­тел состоит из экономайзера 8, двух секций парообразующих змеевиков 7 и 5 и пароперегревателя 3. Дымовые газы посту­пают от главного двигателя (стрелка 1), омывают поверхности нагрева, расположенные в корпусе котла, и уходят в дымовую трубу. Питательная вода поступает в сепаратор 9 (стрелка 10), оттуда забирается циркуляционным насосом 4 и направляется в экономайзер 8. Из экономайзера по перепускной трубе она по­ступает в нижнюю секцию 5 парообразующего пучка, которая соединена со второй секцией 7 трубой 6. Пароводяная смесь из секции 7 направляется в сепаратор 9. Насыщенный пар из сепаратора используется для бытовых нужд. Значительная часть производимого пара подается в пароперегреватель 3, где перегревается и направляется к ходовому турбогенератору судо­вой электростанции.

Для очистки поверхностей нагрева от сажи в котле предус­мотрены сажеобдувочные устройства, а для слива воды, по­павшей в газоход, – отверстия в нижней части каркаса ко­тла. Полная паропроизводительность такого котла составляет 0,89 кг/с (3200 кг/ч), рабочее давление в сепараторе 0,98 МПа (10 кгс/см²), температура перегретого пара 270°С, температура газов перед котлом 320°С. Утилизационный котел оснащен системой трубопроводов и арматурой, которая позволяет от­ключать экономайзер, вторую секцию парообразующего пучка и пароперегреватель одновременно и раздельно.

За счет оребрения поверхностей нагрева со стороны газов можно значительно снизить массу и габариты этих котлов. С оребрением выполнены котлы КУП-3100 и КУП-95Р, а также котел типа «Грин Дисекон» (см. рис. 1.1, г), относительная удельная масса которых в несколько раз меньше по сравнению с гладкотрубными УК. Так, относительная удельная масса гладкотрубного УК (25,2 ÷ 11,1)∙10³ кг∙с/кг, а УК с оребрением – (2,74 ÷ 5,52)∙10³ кг∙с/кг.

studfiles.net

Базовые элементы конструкции

Прежде чем коснуться непосредственно принципа работы газовых котлов отопления, следует ознакомиться с их строением. Обычно устройства состоят из следующих элементов.

1. Горелка обеспечивает нагрев теплоносителя. Газ подается в камеру сгорания посредством специальных форсунок, которые позволяют равномерно распределить пламя.
2. Теплообменник отдает тепловую энергию жидкости, циркулирующей в отопительной системе.
3. Система автоматики предназначается для безопасности и управления режимом работы.
4. Приспособление для отвода отработанных газов.

Иногда в котел встраивается циркуляционный насос, позволяющий обеспечивать принудительное движение теплоносителя в трубах системы отопления. Однако такие модели стоят дороже. Они не пользуются популярностью у потребителей. Чаще всего насос устанавливается отдельно.

Принцип работы газового котла отопления: схема нагрева

Основная функция отопительного оборудования заключается в подогреве теплоносителя путем прямой передачи тепловой энергии, которая образуется в ходе горения газообразного вещества. Для наглядности ниже рассматривается процесс работы одноконтурного устройства, неспособного обеспечивать нагрев воды для потребительских нужд.

Газ, подающийся под определенным давлением из магистральной сети, попадает в специальную камеру, где и происходит его возгорание. Важно, чтобы данный процесс был полностью безопасным. Мощность горения контролируется при помощи различных датчиков и системы автоматики.

При появлении пламени происходит выделение значительного объема тепла. Оно передается отопительной системе непосредственно через теплообменник, внутри которого циркулирует рабочая жидкость. Нагрев осуществляется снаружи. На теплообменник воздействует струя горящего газа. В качестве материала для этого элемента используется чугун, сталь или медь.

Отвод продуктов сгорания

С устройством и принципом работы газовых котлов примерно стало все понятно, но необходимо понимать, как работают другие важные узлы отопительного агрегата. Немаловажную роль играет система удаления продуктов сгорания. Она может быть открытого или закрытого типа. В первом случае отработанные газы выходят через дымовую трубу системы вентиляции. Что касается подачи воздуха, то она осуществляется из помещения, где установлен прибор без каких-либо дополнительных приспособлений. Турбинные горелки относятся к конструкциям закрытого типа. Они обеспечивают принудительный забор воздуха и отвод газов посредством специальных трубопроводов.

Функционирование системы автоматики

Используемые принципы работы автоматики газовых котлов призваны обеспечить безопасную эксплуатацию и добиться поддержания определенной температуры теплоносителя на протяжении какого-то времени. Приборы оснащаются всевозможными датчиками и терморегуляторами.

Автоматические системы защиты позволяют отключать подачу газа при его временном отключении. Система просто перестанет работать. Ее будет необходимо перезапустить вручную сразу после возобновления транспортировки газа по сетевой магистрали. Это можно сделать за несколько минут.

Современные модели имеют энергосберегающие функции, а также способ защиты от замерзания. Температурный режим теплоносителя регулируется посредством специальных датчиков. Если столбик термометра снизится до 5 градусов, то включение котла произойдет автоматически для прогрева.

Новые модели начали оснащаться системами самодиагностики. В процессе эксплуатации анализируется состояние основных узлов, после чего информация передается на дисплей посредством кодов ошибок. Такой технологичный способ позволяет выявить около 90 процентов вероятных неисправностей.

Принцип работы двухконтурных газовых котлов

Часто требуется не только отопить какое-то помещение, но и обеспечить нагрев воды для бытовых нужд. В этом случае помогут двухконтурные газовые котлы. Принцип работы таких устройств практически не отличается от одноконтурных аналогов. Однако есть дополнительные элементы.

Нагрев воды в контуре ГВС происходит косвенным образом. Чтобы получить горячую воду, необходимо на протяжении всего времени поддерживать определенную температуру в основном контуре для отопления. При нагреве воды будет работать и отопительная система. Такой вариант неприемлем летом, поэтому на обратном трубопроводе устанавливается кран, способный прерывать циркуляцию теплоносителя. В этом случае нагревать будет только вода.

Как функционируют конденсационные устройства?

В обычных приборах продукты сгорания минуют теплообменные поверхности и отдают часть энергии рабочей среде отопительной системы. Отработанные газы отводятся через обычный дымоход. В данном случае теряется определенная часть тепла в виде водяного пара, появившегося при сжигании топлива.

Принцип работы конденсационных газовых котлов несколько отличается. Устройства способны использовать скрытую энергию водяного пара. Они оснащены нагнетающим вентилятором, который имеет изменяемое количество оборотов. В связи с этим камера сгорания является закрытой. Выброс отработанных газов производится при помощи коаксиального дымохода.

Изменяемое число оборотов вентилятора позволяет регулировать соотношение газа и подаваемого воздуха. Конденсационный котел не во всех случаях функционирует с максимальной отдачей. Чтобы прибор работал в экономичном режиме, необходимо поддерживать температуру теплоносителя на обратном трубопроводе менее 57 градусов.

Коэффициент полезного действия конденсационного устройства повышается с уменьшением рабочей температуры отопительной системы. В других ситуациях эффективность несколько снижается. Поэтому такой прибор уместен при использовании с теплыми полами, где рабочий диапазон температур колеблется в пределах 40-45 градусов.

В отличие от обычного котла, конденсационный аналог обладает теплообменником большей площади. В нем отработанные газы охлаждаются до температуры ниже 40 градусов. Процесс конденсации происходит непосредственно в теплообменнике, поэтому он изготавливается из материалов, устойчивых к коррозии.

Как работают настенные приборы?

Для небольших домов вполне подойдут настенные газовые котлы. Принцип работы их примерно тот же, но используются менее габаритные детали и дополнительные элементы в виде циркуляционного насоса и мембранного бака. От обычных аналогов они отличаются компактными размерами.

Как и в случае с напольными конструкциями, настенные газовые котлы могут быть одноконтурными или двухконтурными. Они могут быть оснащены закрытой или открытой камерой сгорания. Устройства фиксируются на стене при помощи специальных кронштейнов.

Принцип работы газового котла настенного типа базируется на наличии сложной системы автоматики, которая считается наиболее капризным блоком в плане технического обслуживания. Она часто дает сбой в процессе эксплуатации устройства. Своими руками отремонтировать ее проблематично, поэтому приходится вызывать специалиста, что приводит к дополнительным расходам.

Правила эксплуатации

Как видно, принцип работы газового котла не так прост, поэтому при использовании необходимо придерживаться ряда правил.

1. Первый запуск устройства должен осуществлять только технический работник специализированного учреждения. Он протестирует корректность работы всей системы.
2. Многие пренебрегают проведением ежегодного обслуживания, но делать этого не стоит. Своевременное удаление загрязнений из камеры сгорания и устранение нагара в трубах позволяет увеличить эксплуатационный период прибора.
3. Желательно избегать таких ситуаций, когда температура поднимается выше 90 градусов. Это может быть губительно для устройства. При эксплуатации рекомендуется придерживаться диапазона от 65 до 90 градусов.
4. Для избежания аварийных ситуаций в ходе работы котла от повышения давления следует подсоединить группу безопасности, состоящую из манометра, приспособления для отвода воздуха и предохранительного клапана.
5. Если при использовании превышен период эксплуатации, отраженный в техническом паспорте, то необходимо проведение экспертизы для безопасной эксплуатации.

Отзывы об устройствах в заключение

Понимая принцип работы газового котла, можно сделать осознанный выбор в пользу той или иной модели. Однако самое главное заключается в определении мощности, которая необходима для нормального отопления жилого дома. Она рассчитывается с учетом общего объема помещений и уровня теплоизоляции ограждающих конструкций. Показатели мощности газового оборудования указываются в техническом паспорте.

Потребители оставляют множество положительных отзывов о настенных устройствах. Они отмечают их компактность и эффективную систему автоматики. При выборе места установки проблем не возникает. О напольных приборах отопления положительно высказываются владельцы больших домов, где есть возможность выделить отдельное помещение для агрегата.

www.syl.ru

Классификация твердотопливных отопительных котлов

В большинстве случаев стандартные исполнения рассматриваемых агрегатов (творения самоучек от теплотехники в расчёт принимать не стоит, поскольку они — плод инженерной смекалки авторов под сугубо конкретные жизненные обстоятельства) включают в себя:

• Традиционные котлы.
• Пиролизные котлы.
• Котлы длительного горения.

Кроме этой, наиболее общей классификации, твёрдотопливные котлы могут различаться по виду применяемого топлива (дровяные, угольные, пеллетные и пр.), по материалу корпуса, из которого они изготовлены (стальные или чугунные), по числу контуров отопления (одно- и двухконтурные), а также по типу систем, контролирующих процесс работы агрегата (механические и электронные системы контроля).

В дальнейшем рассматриваются твердотопливные агрегаты наиболее распространённых конструкций, в качестве теплоносителя для которых используется вода (хотя бывают ещё воздушные и паровые).

Принцип действия традиционных котлов, работающих на твёрдом топливе

Независимо от фирмы-производителя, такие котлы в той или иной мере используют принцип хорошо известной русской печи. Нюансы состоят, в частности, в способе загрузки топлива: верхнем или фронтальном.

Первый вариант более целесообразен для условий некоторой стеснённости площади, которая подготовлена под установку данного оборудования.

Устройство твердотопливного котла отопления рассмотрим на примере агрегата с фронтальной подачей топлива (рис. 1). Естественно циркулирующий по отопительному контуру теплоноситель через входной патрубок поступает в зазор между топочным отделением и внешним корпусом.

В дальнейшем работа агрегата осуществляется в такой последовательности:

• Топливо через дверцу топочного отделения загружается на колосниковую решётку, после чего поджигается;
• При изменении интенсивности открывания/закрывания заслонки на дымоходе производится регулирование количества подаваемого воздуха (и, следовательно, качества сжигания топлива);
• С повышением (в результате сгорания топлива) температуры в верхней части топочной камеры начинается процесс теплоотдачи через металлические стенки теплоносителю.

Естественная циркуляция теплоносителя в отопительном контуре обеспечивается за счёт изменения плотности последнего. Дымовые газы удаляются естественной тягой через дымоход, причём устройство дымохода для твердотопливного котла может быть как встроенное в стену дома, так и выведенное отдельно (это вопрос решается ещё на стадии строительства дома).

Рис. 2 Пиролизный твердотопливный котёл

Несгоревшие остатки попадают в зольник, расположенный под колосниковой решёткой, и удаляются вручную через дверцу зольника. Для визуального контроля за процессом сгорания на дверцах имеются шторки.

Достоинство котлов такого типа – их полная независимость от внешних условий, недостаток – необходимость постоянного контроля за работой агрегата, низкий КПД, потребность в периодической очистке зольника.

Традиционные котлы хороши при своём периодическом применении: например, на загородных дачах, когда проживание там людей в холодную пору года носит ограниченный по времени характер.

Принцип действия пиролизных твердотопливных котлов

Как уже отмечалось, одним из недостатков агрегатов традиционного исполнения является их малый КПД. Проблема может быть устранена при установке пиролизного котла, в котором реализуется принцип так называемого двойного сгорания. Он заключается в том, что при некотором (искусственно создаваемом) недостатке воздуха, требующегося для горения топлива, конечным продуктом сгорания является не диоксид углерода СО2, а угарный газ СО, сам являющийся горючим газом.

В совокупности с паром, который всегда выделяется перед началом устойчивого горения топлива, он образует генераторный газ, который, во-первых, поддерживает процесс сгорания, во-вторых, повышает температуру в топочной камере, и, в третьих, увеличивает продолжительность сгорания порции топлива. Пиролизные котлы разработаны, главным образом, под дрова и пеллеты, поскольку из всех видов твёрдого топлива именно они обладают наименьшей теплотворной способностью.

Конструкция котла на твёрдом топливе, реализующего принцип пиролиза, представлена на рис. 2. Из него следует, что данный агрегат имеет в своём составе две рабочих камеры: в верхнюю производится загрузка топлива, в нижней происходит сам процесс пиролиза.

Он состоит из следующих стадий:

• Предварительного подсушивания дров подогретым воздухом, принудительно подаваемым в камеру вентилятором;
• Дегазации дров, с выделением генераторного газа;
• Последующим сжиганием генераторного газа в камере сгорания;
• Нагревом теплоносителя, заключённого в зазоре между внешней и внутренней стенками.

Необходимо отметить, что длительность сгорания в пиролизном котле значительно увеличивается. Связано это с неодинаковостью по времени происходящих реакций дегазации и сгорания: вначале, при температурах, превышающих 2500С, происходит только дегазация летучих компонентов: смол, масел и т.п. далее – при достижении температуры более 600…6500С (зависит от вида древесины) начинается процесс превращения твёрдого углерода в древесный уголь, и затем – уже при температурах до 8500С – сжигание последнего. В результате достигается более полное сгорание топлива и увеличиваются интервалы времени между его загрузкой.

Рис. 3 Котёл длительного горения

При всей своей экономичности пиролизные котлы обладают двумя особенностями: для привода вентилятора они требуют электрической энергии (а потому автономными считаться уже не могут), а также нуждаются в более серьёзных приборах автоматики, поскольку угарный газ СО чрезвычайно ядовит. С этим связано и более тщательное обустройство дымохода.

Принцип действия котлов длительного горения

Пиролизные котлы обеспечивают увеличение интервалов между загрузками до 6…8 часов, но иногда и этого бывает недостаточно. Для более существенного увеличения длительности непрерывной работы твердотопливного котла разработаны агрегаты длительного горения, использующие оригинальный «обратный» принцип, когда процесс сжигания топлива идёт не сверху вниз, а снизу вверх. КПД агрегата при этом заметно возрастает. Устройство твердотопливного котла длительного горения представлено на рис.3.

Принцип действия агрегата длительного горения основан на обеспечении возможности для сгорания только той части топлива, которая находится на поверхности.

Процесс происходит следующим образом:

• Через дверцу в нижней части корпуса загружается порция дров, разжигание которых происходит сверху;
• Встроенный термический регулятор управляет процессом сгорания каждого из слоёв;
• Воронкообразный воздухораспределитель, постоянно перемещаясь вниз (по мере сгорания очередного слоя), обеспечивает подачу воздуха к каждому следующему слою.

Если предварительно выставить управляющую автоматику на заданную температуру теплоносителя, то поддерживание этих условий будет обеспечиваться исключительно за счёт скорости перемещения воздухораспределителя. Таким образом, в котлах длительного горения можно регулировать интервалы между закладками дров в весьма больших пределах: от 3 до 6 суток.

Все прочие составляющие части котла длительного горения принципиально не отличаются от обычных, за исключением специальной заслонки, предназначенной для переключения режима сгорания: для дров и угля. Такие агрегаты отличаются большей высотой, и вместе с тем не требуют каких-то особых требований к конструкции дымохода.

Как и предыдущий вид оборудования, котлы длительного горения нуждаются для своей эксплуатации в подключении электроэнергии.

Можно ли считать рациональным отопление загородного дома твердотопливным котлом

Котлы отопления на твердом топливе в минувшие времена были несколько примитивными и неудобными, но сегодня все изменилось. Производители предлагают потребителям усовершенствованное оборудование, в котором гармонично сочетается высокая эффективность и легкость эксплуатации. Такие агрегаты используются в районах, в которых отсутствует газовая магистраль, а также наблюдаются перебои с электричеством.

Устройство и принцип работы оборудования

Аппараты данного типа представляют собой конструкции, состоящие из нескольких основных элементов:

• теплообменник – этот узел передает энергию от нагретой воды;
• топочная камера – она изготавливается из высоколегированной стали, добротного чугуна;

Схемы отопления могут включать в себя простейшие одноконтурные устройства и мощные агрегаты

• терморегулятор;
• зольник – здесь скапливаются продукты сгорания;
• колосниковая решетка – на ней размещаются дрова, уголь, пеллеты;
• люк очистки;
• заслонки, регулирующие работу дымохода.

Принцип действия агрегатов сводится к тому, что топливо сгорает в объемной топке, вода нагревается и подается в систему. Зола и шлаки попадают в специальный бункер и периодически удаляются оттуда вручную.

При разработке оборудования применяются оригинальные технические и эргономические наработки

Компании, выпускающие модернизированные твердотопливные котлы отопления, всячески стараются упростить процесс эксплуатации. Современные приборы оснащаются регуляторами тяги, термостатическими клапанами. Регуляторы тяги оказывают воздействие на скорость сгорания топлива, открывая и прикрывая заслонку. Что касается термостатических клапанов, они состоят из контуров охлаждения, термостатов и предназначены для отвода воды при перегреве.

Это важно знать: в пиролизных котлах применяется иной принцип: в одной камере дрова тлеют при ограниченном доступе воздушных потоков, а во втором сжигается образовавшийся газ.

Схема подключения твердотопливного котла отопления

Длительность бесперебойного функционирования аппаратов зависит от того, насколько правильно было проведено проектирование и монтаж. Котлы для водяного отопления на твердом топливе – устройства, нагревающие теплоноситель. Но не стоит забывать, что существуют и дополнительные элементы. Стандартная схема подключения выглядит таким образом:

• агрегат;
• циркуляционный насос – движущая сила, перемещающая воду;
• расширительный бак – такой элемент компенсирует температурные расширения воды;
• буферная емкость – вертикальный бак, главным предназначением которого является аккумулирование избыточного тепла. Система отопления с твердотопливным котлом с использованием буфера – прекрасный вариант, ведь сокращается количество загрузок, улучшается температурный режим работы оборудования, а потребитель обеспечивается горячей водой;
• группа безопасности – три прибора, объединенные на одной консоли: манометр, кран Маевского, предохранительный клапан. Она предназначена для защиты системы от завоздушивания и избыточного давления;

Группа безопасности монтируется выше котла в вертикальном положении

• аварийный контур – он обеспечивает нормальную работу системы в нестандартных ситуациях.

Схема отопления с твердотопливным котлом может быть разной, потому что существует много нюансов. К примеру, если система открытого типа, бачок устанавливается в чердачном помещении, на лестничной клетке. В других случаях используются мембранные баки, представляющие собой прочные сосуды, разделенные перегородкой из экологически чистой резины.

Обвязка твердотопливного котла отопления решает несколько важных задач. К их числу относится поддержание температуры теплоносителя, создание оптимальных условий для функционирования оборудования, стопроцентная защита от перегрева, удаление воздуха. Система отопления твердотопливным котлом достаточно сложная, поэтому проектирование и монтаж должны выполнять толковые специалисты.

Как классифицируются приборы

На рынке представлен широкий ассортимент оборудования, которое различается не только габаритами и внешним видом, но и многими другими показателями. О них дальше и поговорим.

Способ сгорания топлива – основополагающий параметр, имеющий приоритетное значение. По данному показателю приборы разделяются на:

1. Классические – в них проходит обычный процесс сгорания дров, угля с выделением благодатного тепла.
2. Пиролизные – при высокой температуре и при отсутствии доступа кислорода выделяется горючий газ. Такие котлы оснащаются нагнетающим вентилятором и обеспечивают почти полное сгорание пеллет, дров.
3. С естественной тягой – процесс сгорания гранул, торфяных брикетов в таких моделях контролирует термостатический регулятор.
4. С дополнительной тягой – подобные агрегаты оснащаются вентиляторами, с помощью которых в топку подается воздух.

Это важно знать: пиролизное оборудование обладает весомыми преимуществами, но стоит оно дороже. Кроме того, аппараты более требовательны к влажности древесины.

Вид топлива – в зависимости от этого показателя, котлы бывают угольными, пеллетными, дровяными. В первых используются брикеты, бурый и каменный уголь, антрацит, во вторых – цилиндрические гранулы стандартных размеров, в третьих – сухие дрова. Также существуют универсальные твердотопливные котлы для водяного отопления.

Материал теплообменника – не менее важный показатель, от которого многое зависит. По этому признаку существует такая классификация:

• стальные агрегаты – неприхотливое в эксплуатации оборудование, не выходящее из строя при воздействии высоких температур. Благодаря внедрению современных конструкторских решений приборы обладают хорошим КПД и служат на протяжении 20-25 лет;

Стальные твердотопливные котлы «Viessmann Vitoligno 100-S» работают на древесных поленьях и имеют электронную систему управления

• чугунные твердотопливные котлы отопления – они отличаются надежностью, долговечностью и устойчивостью к коррозии. Но есть один недостаток: теплообменники из чугуна могут разрушаться при резких перепадах температур.

В чем преимущество современных котлов на твердом топливе

Для домов, в которых нет газа, твердотопливные котлы подходят идеально. Данное утверждение можно аргументировать тем, что оборудование обладает массой достоинств:

• рентабельность – стоимость топлива (торфяных брикетов, гранулированных отходов деревообрабатывающей промышленности) приемлемая. Поэтому на протяжении всего сезона в доме поддерживается комфортная температура, а бюджет не сильно страдает;

Твердотопливные котлы – идеальное решение, потому что они могут функционировать на угле, соломе, дровах – идеальное решение, потому что они могут функционировать на угле, соломе, дровах

• высокий КПД – теплом обеспечиваются помещения любых размеров;
• безопасность – этот момент тщательно продуман, потому что устройства оснащены контролирующими системами;
• долгий эксплуатационный ресурс – этот показатель составляет 20-30 лет и напрямую связан с правильностью монтажа, регулярностью обслуживания;
• автономность – отопление загородного дома твердотопливным котлом не зависит от сторонних факторов: наличие газопровода, электрических сетей;
• удобство размещения – для обустройства функциональной системы нужно установить отопительный агрегат, подключить к нему трубы, расширительный бак, радиаторы;
• простота использования – современные твердотопливные котлы отопления длительного горения полностью автоматизированы, поэтому участие человека сведено к минимуму. Естественно, при этом не следует забывать о периодической очистке зольника от отработанных продуктов, поскольку этот процесс проводится в ручном режиме.

На что смотреть при выборе отопительного котла

Приобретение отопительного оборудования сопряжено с рядом задач, которые нужно решить заранее. Поэтому перед осуществлением покупки необходимо разобраться со следующими моментами:

1. Мощность – первоочередный параметр, по которому выбираются агрегаты. Расчет мощности твердотопливного котла отопления проводится по незамысловатой формуле: площадь дома разделяется на 10. Почему именно так? Потому что 1 кВт мощности требуется для качественного обогрева десяти квадратных метров жилья.
2. Тип теплообменника.
3. Зависимость от внешних факторов – твердотопливные электрокотлы отопления с вентилятором принудительного наддува не функционируют без электрической энергии. Если циркуляция естественная, данная проблема отсутствует.
4. Длительность работы от одной загрузки.

Польские твердотопливные котлы «PEREKO» оснащаются вентилятором наддува, благодаря которому увеличивается время беспрерывного сжигания топлива

Отопление деревянного дома твердотопливным котлом – верное решение, если жилище отрезано от благ цивилизации. Но нужно понимать, что корректная работа системы возможна тогда, когда проектирование и монтаж всех узлов и компонентов осуществляют мастера. Грамотные специалисты знают тонкости своей работы и гарантируют бесперебойное функционирование оборудования на протяжении долгих лет.

Видео: отопление дома твердотоплекным котлом

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Это всё бред,все эти магазинные котлы массового производства не годятся для отопления на севере,1-2 ходовая конструкция при норм пламени расcкаливает трубу,также размер этих ходов невелик,в общем норм кпд при таких размерах не добиться.Самодельный 2 метровый котёл обеспечит норм пламень и низкую темп дым как у кирпичной печь голандки.

У нас к вам просьба: вы не могли бы раскрыть секреты своего ноу-хау, набросать эскизно и прислать схему или фото своего уникального самодельного котла высотой 2 метра, обеспечивающего «норм пламень и низкую темп»? Полезная информация может помочь нашим читателям, обитающим на Севере и, возможно (чем чёрт не шутит), заинтересует патентное бюро и производителей отопительного оборудования.

Так же позволим себе не во всём с вами согласиться и выступить в защиту упомянутых вами твердотопливных котлов лабиринтной конструкции. Дымовые газы, перед тем, как попасть в вертикальный участок дымохода, проходят через горизонтальные ходы. Принцип не нов, это аналог печных дымооборотов, в которых происходит дополнительный отбор тепла и дожиг газов. КПД лучших котлов подобной конструкции может превышать 90% и они отлично себя зарекомендовали в регионах с холодным климатом: Норвегии, Лапландии, на Аляске и Российском Севере, кстати.

Не знаем, откуда у вас информация о неэффективности твердотопливных котлов, основана ли она на реальном опыте эксплуатации. Можем лишь предположить, что недовольство современным оборудованием может быть вызвано его неправильным подбором и эксплуатацией. У подобных котлов имеется два режима горения: экономичный, когда газы проходят через дымовые ходы и интенсивный режим растопки, при котором открывается заслонка и продукты сгорания устремляются прямо в дымоход, минуя дымообороты. Лабиринтные котлы имеют больше степеней регулирования по сравнению с обычными. Управление ими, хотя и несложно, заметно отличается. Рекомендуем внимательно изучать инструкцию по эксплуатации, тогда работа отопительного оборудования не будет разочаровывать. Проблема может крыться и в дымоходе, его вертикальном участке. Дело в том, что в экономичном режиме, когда дымовые газы проходят через горизонтальные ходы, важно наличие достаточной тяги. Сечение дымохода должно быть не менее указанного в паспорте, внутренняя его поверхность гладкой, а высота достаточной. Если в одноэтажном доме дымовая труба слишком низкая либо выведена с нарушением рекомендаций СНиП, силы тяги может оказаться недостаточно для преодоления газами дополнительного сопротивления лабиринта. В этом случае котёл не будет развивать положенную мощность.

http://teploguru.ru/wp-content/uploads/2015/01/Wir-EKO-CKB-ustr1.jpg — Схема стального лабиринтного котла Wirbel EСO-СКВ. Дымовые газы могут быть направлены как в горизонтальные ходы (лабиринт), так и напрямую в дымоход. Интенсивность горения имеет семь степеней регулировки, все заслонки, клапаны, регуляторы видны на рисунке. Помимо ручного управления, имеется автоматическое. Чтобы современное отопительное оборудование работало эффективно, его нужно правильно эксплуатировать.

При всех своих технических и бытовых ограничениях отопительные котлы, работающие на твердом топливе, обладают существенным преимуществом – практически полной энергонезависимостью. Сделав необходимые запасы дров, угля или пеллет, можно не опасаться внезапных перебоев с подачей газа или электроэнергии. Потому установка таких агрегатов целесообразна в первую очередь для загородных домов, а также в небольших населенных пунктах. Досконально зная, как работает твердотопливный котел, осуществив правильный выбор его типоразмера, можно обеспечить собственному жилью достаточные комфорт и удобства.

Конструктивные разновидности систем

Если не брать во внимание традиционные печи на твердом топливе, необходимо констатировать, что разновидностей видов твердотопливных устройств немного. Они подразделяются на агрегаты с ручной либо автоматической загрузкой топлива. Более интересны конструктивные отличия, которые учитывают разные принципы горения сырья. Например, котлы с ручной загрузкой (которая относительно твердого топлива – процесс довольно грязный и трудоемкий) постепенно выделили из своей среды два вида агрегатов, где загрузочный период стал значительно длиннее, а КПД агрегатов существенно возрос. Это – пиролизные котлы, а также котлы длительного горения.

Принцип работы пиролизного котла состоит в том, что в его топочную камеру воздух подается с некоторым, некритичным для стабильности процесса горения, недостатком. В результате углерод, содержащийся в топливе, окисляется кислородом не до обычной двуокиси углерода СО2, а до окиси СО. Последняя является основным компонентом генераторного газа, который, несмотря на свою сравнительно низкую теплотворную способность (по сравнению с природным газом), при горении выделяет достаточно дополнительного тепла.

Агрегаты длительного горения, разработанные литовским инженером Э. Штрупайтисом и производимые торговой маркой Stropuva (Латвия), реализуют принципиально иную последовательность сгорания твердого топлива, чем обычные котлы. Работающие как на дровах, так и на угле, такие устройства отличаются еще большими интервалами между загрузкой, что очень удобно для эксплуатации.

Реализация принципа пиролиза

Как работает твердотопливный котел пиролизного типа? Ввиду токсичности СО (бытовым потребителям он знаком как угарный газ), устройства контроля за процессом горения разрабатываются особенно тщательно. Конструктивно такой агрегат состоит из:

• газифицирующей (или верхней) камеры;
• нижней топочной камеры;
• разделительных колосников;
• дымососа;
• корпуса с дверцей и контрольно-измерительной панели.

Запуск и работа твердотопливного котла пиролизного типа производятся в следующей последовательности.

1. Дрова загружаются на колосниковую решетку.
2. Производится поджиг дров, после чего дверца закрывается.
3. Открывается заслонка дымососа, за счет разницы давлений в верхнюю камеру начинает поступать воздух.
4. Выделяющийся при сгорании с недостатком воздуха генераторный газ – тяжелее воздуха, поэтому он опускается в нижнюю топку, где начинает гореть.
5. Вследствие постоянной циркуляции воздуха процесс горения в нижней и верхней топках стабилизируется. Остается только контролировать устойчивость процесса верхнего дутья и количество топлива в верхней топке, а также периодически удалять золу из нижней топочной камеры.

Преимущества пиролизных котлов:

1. Используя механический регулятор подачи воздуха, можно увеличивать время между загрузками от 8 часов и более. Диапазон определяется габаритами устройства; наиболее известные агрегаты такого типа, от торговой марки Ziehbart допускают интервалы между загрузками в 18 часов. Это существенно повышает удобство эксплуатации данного вида оборудования.
2. Существенно снижается количество образуемой золы, поскольку процесс сжигания в данном оборудовании производится практически полностью.
3. В связи с более полным сгоранием заметно снижаются и выбросы дыма в окружающую среду, что делает пиролизные устройства достаточно экологичными.

Останавливаясь на агрегатах пиролизного исполнения, следует отметить, что для их надежной эксплуатации пригодно сырье только с пониженной влажностью. В противном случае конденсат, откладываясь на внутренних поверхностях, не только нарушит стабильность процесса пиролиза, но и приведет к ускоренному износу металлических деталей оборудования. Наиболее современные конструкции пиролизных котлов все-таки снабжаются электронными, а не механическими регуляторами дутья, в связи с чем потребуется источник электроэнергии (хотя бы генератор).

Принцип и схема

Принципиально схема работы твердотопливного котла состоит из следующих узлов.

1. Наружный цилиндр, являющийся одновременно и корпусом.
2. Внутренний цилиндр, размещенный коаксиально первому (зазор между ними определяет количество одновременно нагреваемой воды).
3. Топка, находящаяся в нижней части внутреннего цилиндра.
4. Телескопический распределитель, который, при своем периодическом перемещении вниз, инициирует горение очередного слоя топлива.
5. Система воздухоподводящих и воздухоотводящих труб.
6. Автомат переключения вида используемого горючих материалов.
7. Контрольно-регулирующая и измерительная аппаратура.

Последовательность функционирования котла длительного горения заключается в следующем.

1. В нижнюю часть внутреннего цилиндра закладывается большой объем топлива (зависит от типоразмера оборудования).
2. Переключателем устанавливается вид топлива (дрова или уголь/торф/пеллеты), после чего открывается заслонка подачи воздуха, и выполняется поджиг.
3. По мере прогорания очередного слоя воронкообразный распределитель продвигается вниз, осуществляя при этом подачу воздуха, необходимого для устойчивого горения.
4. Образующиеся дымовые газы удаляются через дымоход.

Преимущества котлов длительного горения:

• интервал между загрузками увеличивается до нескольких суток;
• постоянство условий горения, следовательно, и стабильная температура теплоносителя;
• высокая экономичность работы;
• комфортность обслуживания агрегата.

Ориентируясь на применение твердотопливного котла длительного горения, следует учесть, что высотный габарит такого агрегата намного больше, чем у отопительного оборудования традиционного исполнения. Существенно выше также стоимость и требования как к самому агрегату, так и к топливу, на котором предполагается его использование.

Работа твердотопливного котла показана на видео. Это поможет уяснить некоторые нюансы установки и использования данного вида отопительного оборудования. Для легкости выбора можно рассмотреть сравнение эффективности некоторых современных видов твердотопливных котлов.

teplosten24.ru