Основным видом твердотопливных котлов можно считать котлы, работающие за счёт сжигания дров. Такие устройства, в свою очередь, можно условно разделить на 3 группы:
Котлы на твёрдом топливе, горение в которых происходит естественным путём
Котлы такого типа отличаются от аналогов тем, что все дрова, которые были помещены в топку, горят одновременно, то есть процесс горения твёрдого топлива, в рассматриваемом случае — дров, происходит естественно.
К преимуществам котлов этого типа традиционно относят простую конструкцию и низкую стоимость изделия. Такой котёл снисходителен к качеству дров и не вызывает затруднений в процессе обслуживания, что также можно отнести в актив устройства.
Оператор такого котла может контролировать мощность работы устройства, однако этот показатель может колебаться между 60 и 100 % КПД, конкретная цифра зависит от того, насколько интенсивным является горение. Интенсивность горения регулируется с помощью специальной заслонки, которая ограничивает попадание воздуха в котёл. Вместе с мощностью неизбежно уменьшается и КПД аппарата.
Практика показывает, что максимальный КПД, который могут похвастаться подобные котлы, составляет 80%. Говоря о минусах твердотопливных котлов с природным типом сгорания топлива, принято вспоминать о том, что процесс горения топлива происходит в максимально короткие сроки. Как правило, одной партии помещённых в котёл дров хватает не более, чем на 4 часа.
Твердотопливные пиролизные газогенераторные котлы продолжительного горения
Действие таких котлов базируется на газификации топлива. Топка такого котла разделена на 2 половины по горизонтали. Верхняя половина, которая одновременно является загрузочной камерой для топлива, дрова не горят, а тлеют. Испытывая на себе воздействие высоких температур, дрова выделяют различные горючие вещества, которые и становятся основным топливом для котла, сгорая во второй камере, расположенной снизу.
Описанный принцип действия котлов существенно повышает КПД таких образцов, в этом случае можно говорить о 85 или даже 90 %. Время горения топлива также ощутимо увеличивается, доходя до 12 часов. Дело в том, что в рассматриваемых котлах процесс непосредственного горения топлива происходит только в нижней камере.
В верхней, загрузочной камере, дрова только тлеют, выделяя горючие вещества. После этого горючие вещества перемешиваются с воздухом и через специальную форсунку отправляются во вторую, нижнюю камеру, где и становятся основным топливом для такого котла. В процессе сжигания смеси из воздуха и газов, выделяющихся из дров, удаётся достичь достаточно высоких температур, поэтому нижняя камера, в которой и происходит процесс сгорания, обшивают специальной термостойкой отделкой.
Топливо в рассматриваемых котлах прогорает почти полностью, что позволяет говорить ещё и об экономичности котла. Кроме того, в силу своих технических особенностей котёл не образует сажи и пепла в процессе работы. Для того, что пиролизный котёл полноценно выполнял свои функции, необходимо полноценное нагнетание воздуха внутрь устройства.
Рассматриваемые котлы являют собой сложную и недешевую аппаратуру. В большинстве случаев, в конструкцию таких котлов входят:
- Дымососы;
- Электронные приборы для управления рабочим процессом котла и эффективного контроля за ним.
Важным условием для правильной эксплуатации пиролизного котла, является уровень влажности топлива. Влажность дров, которые будут закладываться в такой котёл, не должна превышать 25 %. Практика показывает, что хранящиеся в поленнице дрова могут похвастаться таким процентом влажности только спустя 24 месяца после начала хранения.
Также котёл требователен и к размерам топлива: толщина дров, которые готовятся к закладке в такой котел, не должна быть менее 100 миллиметров. Минимальная мощность котла, которую можно считать подконтрольной, составляет 50 %, в тех случаях, когда мощность котла опускается нижеуказанного показателя, работа прибора становится нестабильной. Это говорит о том, что котёл хорошо адаптирован для работы в холодные периоды года, однако совершенно непригоден для эффективной эксплуатации в межсезонье.
Пиролизные котлы от таких производителей, как VERNER и ATMOS могут похвастаться отличными отзывами от пользователей, успевших изучить и испытать данную технику в процессе практического применения.
Твердотопливные котлы, в топку которых подаётся вторичный воздух
В традиционных котлах с естественным процессом прогорания топлива процесс контроля мощности прибора осуществляется с помощью особой заслонки, то есть путём сокращения количества подаваемого воздуха. Минусом такой системы контроля заслуженно считают то, что большое количество веществ, которые применимы в качестве топлива для котла, улетучиваются вместе с продуктами горения.
Выходит, что потребление дров возрастает, а полезность котла, наоборот, сокращается. В рассматриваемых котлах происходит натуральный процесс сгорания топлива, то есть вся партия помещённых в топку дров горит одновременно, однако в камеру сгорания поступает ещё и вторичный воздух, который обеспечивает не только сгорание дров, но ещё и горючих веществ и газов, речь о которых велась несколько выше.
Решение о подаче вторичного воздуха в камеру сгорания таких котлов сделало их более экономичными, а значит, более выгодными.
Благодаря такому подходу, КПД котла существенно возрастают, но другие рабочие параметры остаются аналогичными показателям других котлов. Такие котлы большинство продавцов и продающих организаций также называют пиролизными, однако такое утверждение постоянно подвергается справедливой критике. Описанные котлы являются псевдопиролизными, а разговоры о том, что подобные аппараты – пиролизные, являются нечестным маркетинговым ходом.
Отопление в частном доме
В прошлом, многие жители частных домов, старались переехать в городские квартиры. Это обуславливалось комфортом проживания в таком жилье. В квартирах была горячая вода, и не было…
Отопление многоквартирного дома
Все знают, насколько важен в зимний период обогрев жилого помещения. Как правило, в многоквартирных домах проводится центральная система отопления, несмотря на то, что появились…
Автономное отопление дома
Обогрев жилья – это одна из самых актуальных проблем для жителей нашей страны, так как климат в ней отличается суровостью и долгими холодными зимами. Центральное отопление есть не…
Правильное отопление частного дома
Если человек стал счастливым обладателем загородного дома, то придет такое время, когда встанет вопрос – как своими силами сделать домашнее отопление. Одним из современных…
Выбираем радиаторы отопления в частный дом
Сразу надо разъяснить, что система отопления частных домов или загородных коттеджей имеет свои особенности и отличается от системы отопления в многоэтажках. Строгие правила…
В последнее время на специализированных форумах возникает множество споров о необходимости подогрева воздуха участвующего в горении. Нахватавшиеся вершков теоретики и им подобные даже доходят до истерик, влезая в дебри аэродинамики и молекулярной физики. Однако внятного ответа почему и зачем нужен подогрев так и не находят.
В данной статье, мы с вами, уважаемые читатели постараемся разобраться во всех нюансах и тонкостях данного вопроса.
Если у вас возникли вопросы по работе сайта звоните по телефону
По этому номеру вы можете получить бесплатные консультации.
После модернизации котлов Glaz12 и Glaz16 наша команда решила не останавливаться на достигнутом и сделать их еще лучше. Поэтому для еще более уверенной работы на минимальной мощности и ее смещения в сторону нижних границ мы решили вмонтировать в котлы подогреватели первичного и вторичного воздуха. Шаг конечно революционный и смелый и поэтому без понимания физики процессов понять его довольно трудно.
Итак представим себе котел Glaz12,работающий на минимальной мощности. На колосниках у него лежит слой углей, которые горят, а через заслонку под колосники поступает необходимое количество воздуха, которого хватает чтоб в топке генерировалась тепловая мощность 3,75 квт. КПД котла при таком режиме составляет 75 процентов и поэтому на выходе мы имеем полезную мощность 2,8 квт. Образовавшиеся газы покидают слой углей и устремляются в газовое окно, где встречаются со вторичным воздухом. После чего они проходят теплообменник и улетают в трубу.
Вроде все просто, но не совсем. Котлы Glaz хороши тем, что на минимуме они именно горят, а не тлеют и как мы уже не раз писали, в очаге горения создается определенная температура. В различных источниках утверждают, что эта температура должна быть не ниже 800 градусов Цельсия, поэтому ее и возьмем в качестве опорной. Теперь будем смотреть на горящее топливо с точки зрения балланса энергий.
Для простоты примем, что в котел на горение с улицы поступает воздух с температурой 0 градусов и вносит в котел 0 ватт тепловой энергии. Топливо которое горит, освобождает в результате реакций 3,75 квт химической энергии. (Большая часть ее превращается в тепловую конечно но об этом чуть ниже). Это был приход в котел.
Куда идет расход? Вроде все просто: 2,8 квт полезного тепла идет на нагрев теплоносителя системы отопления, а 0,95 квт потери. Но нас этот балланс не устраивает и мы копнем глубже.
Рассмотрим куда и как распределяется энергия нашего топлива, если учтем КПД котла в 75 процентов и температуре уходящих 140 градусов Цельсия. Для упрощения расчетов примем, что теплоемкость газов от температуры не зависит и постоянна во всем диапазоне.
Если в изолированной печи идеально сжечь некое количество древесины с идеальным соотношием воздуха, то в результате химической реакции мы получим газы с температурой около 1400 градусов Цельсия. Логично будет предположить, что если в газах с температурой 1400 градусов сосредоточена энергия 3,75 квт, то в уходящих газах из котла при температуре 140 градусов мы потеряем
Qух=3,75*(140/1400)=0,375 квт тепловой энергии
Тогда остальные потери энергии с химнедожегом и паразитными проскоками воздуха составят:
Следовательно (если проигнорируем дожиг и не будем усложнять задачу) в топке выделилаль тепловая мощность:
Тогда с таким неидеальным сгоранием максимальная температура в очаге горения составила бы:
Но это значение температуры мы бы получили в идеально изолированной печи, а в реалии будет намного меньше. Почему?
Все потому, что горящее топливо начинает излучать в окружающее пространство энергию, как это делает костер. И чем выше температура очага горения, тем больше энергии он излучает.
Зная, что очаг горения покидают газы с температурой 800 градусов, то их энергия составит:
В топке порождается 3,175 квт, с газами уходит 2,145 квт, а куда пропало остальное? Остальное — это и есть энергия переданная стенкам котла посредством излучения. На долю лучистой пришлось:
А далее для полноты картины мы узнаем, что в теплообменнике газы отдали:
На рисунке изображен балланс энергий уже более развернуто. Как видим доля лучистой энергии в общем баллансе составляет почти треть.
И коль уже начали разговор про лучистую то предлагаю поговорить о ней подробнее. Горящий слой углей распространяет свои лучи во все стороны и от излучения нагревается все, что находится в прямой видимости их попадания: дрова, лежащие сверху, пепел, находящийся снизу под колосниками, боковые стенки шахты и шамотный кирпич. Дрова поглощают выпавшую на них долю энергии, выделяя при этом газы и выпаривая влагу. Зола или пепел, нагреваясь, тут же отдает эту энергию первичному воздуху, поступающему под колосники. Эта часть энергии с воздухом возращается обратно источнику. Тоже самое можно сказать и про шамотный кирпич. Нет он воздухом не охлаждается, а имеет свойства отражать излучение обратно , поэтому лучистая в основном греет дрова и водоохлаждаемые стенки шахты, которые находятся выше шамотных. Именно благодара шамотным кирпичам в котлах Glaz мы добиваемся отличных показателей работы на минимуме!
Убери кирпичи и доля лучистой в шахте возрасла бы в разы, что привело бы к уменьшению температуры горения и срыву в тление. Именно поэтому от шахты тепло отбирать нужно крайне аккуратно, дабы не навредить процессу.
А теперь представим ситуацию, что воздух идущий на горение, мы нагрели от 0 до 100 градусов цельсия в неком стороннем источнике. Воздуху мы сообщили при этом:
Qво=3,75*(100/1400)=0,267 квт тепловой энергии.
Для упрощения расчетов теплоемкости воздуха и газов я принял одинаковыми. Теперь тепловая энергия, выделяемая на колосниках увеличится на эти самые 0,267 квт и составит:
Тепловая мощность повысилась, а значит повысится и температура в очаге. Сразу напрашивается вывод, что если температура воздуха, идущего в топку, повысилась на 100 градусов, то и в очаге она тоже повысится на сотню. То есть была 800, а стала 900 градусов. Однако это не так. Всю картину нам опять портит излучение. Ведь колличество передаваемой таким путем энергии зависит от абсолютной температуры аж в 4ой степени. Увеличим ее в очаге в 2 раза, а лучистая энергия от источника возрастет во все 16 раз!
После недолгой, но муторной итерации я получил, что в нашем случае температура в очаге повысится на 40 градусов и составит 840 по Цельсию. Доля лучистой при этом возрастет с 1,03 квт до 1,19 квт и балланс энергий в топке распределится так как мы видим на рисунке. В условиях данной задачи воздух мы нагревали в стороннем источнике, а что если мы сконструируем дополнительный теплообменник в самом котле и будем греть воздух газами, которые покидают камеру дожига и имеют вполне солидную температуру которая позволяет нам это сделать.
В итоге мы будем иметь балланс энергий в котле как на рисунке. Как видим путем внедрения дополнительного теплообменника мы получили еще более устойчивую работу на минимальном режиме и разгрузили по мощности основной теплообменник на целых 170 ватт.
Этот момент не прошел мимо нашего внимания при испытаниях котла Glaz12"Бижбуляк" и в данный момент наша команда работает над теплообменником- тандемом благодаря применению которого появится возможность иметь на всех режимах постоянную температуру уходящих газов.
Среди котлов на твердом топливе самой большой популярностью пользуются твердотопливные котлы на дровах. Котлы на дровах по принципу сжигания топлива делятся на три категории:
Твердотопливные котлы естественного, природного горения. В традиционных котлах естественного горения происходит обычный, природный процесс сгорания топлива. Такие котлы имеют простое устройство, относительно не дорогие, менее требовательны к качеству топлива и не сложные в обслуживании. Мощностью котла можно управлять, изменяя интенсивность горения топлива, но в ограниченном диапазоне 60-100%. Для этого, прикрывая заслонку, уменьшают подачу воздуха в котел При этом снижается не только мощность, но и КПД котла. Максимальный КПД котлов классического горения не превышает 80%. Самый большой недостаток — малая продолжительность горения одной загрузки топлива, обычно не более 4-х часов.