Твердотопливный котел длительного горения: устройство и особенности

Вопросы и ответы

Вызвал мастера, а он мне говорит, что высота пламени выставлена неправильно и это может привести к течи в ближайшем будущем. Есть ли смысл вмешиваться в работу горелки?

Если мастер настаивает и видит угрозу, то лучше прислушаться к рекомендациям и сделать это, пока не наступил тот самый час Х.

На сгоне часто замечаю капли воды, но не пойму, проблема в конденсате или в утечке стыка, как понять и что сделать?

Просушите поверхность всего сгона, после чего приложите бумажное полотенце к стыковочному участку. Подержите 1-2 минуты. Если есть течь, то она себя проявит. За такой короткий промежуток времени конденсат образоваться не может априори. Сгон можно слегка подтянуть с помощью газового ключа. Если это не поможет, то нужно его полностью заменить.

Потек котел. Мастер сказал, есть две маленькие дырочки в водонагревателе и посоветовал заменить его на новый, так как котлу без малого 13 лет. Я бы хотел попробовать его заварить, дабы не тратиться. Можно ли это сделать и как лучше поступить?

Если мастер видит необходимость замены водонагревателя полностью, то есть смысл прислушаться, поскольку проблема может быть не только в наличии сквозных отверстий. Не всегда сварка, в том числе и холодная, может гарантировать исправность оборудования.

Подводя итоги, следует отметить, что течь в газовом котле не всегда возникает по причине трещины в водонагревателе. Нужно проверить все стыки системы отопления, а также исправность радиаторов. При обнаружении дырок лучше произвести замену, так как сварка даст временный эффект, и все равно придется тратиться на установку нового нагревательного резервуара.

Принцип работы

По способу теплообразования котел отопительный длительного горения на дровах для дома ничем не отличается от обычного, так называемого котла прямого горения. В его топке сгорает органическое топливо (древесина, уголь, торф и пр.), а тепло от пламени и дымовых газов передается теплоносителю: воздуху (в печах-конвекторах) или воде (в котлах на дровах с водяным контуром).

Но если в обычном котле закладку топлива приходится обновлять в среднем через каждые 4 часа, то прибор с длительным горением способен проработать без дозаправки в среднем 12 часов на древесном топливе и 36 на угольном.

Что же придумали инженеры, чтобы добиться такого результата? Первый ход кажется очевидным и напрашивается сам собой: нужно увеличить размеры топки, чтобы в нее можно было поместить побольше топлива.

Принцип работы твердотопливного котла длительного горения с водяным контуром для дома

Действительно, в теплогенераторах прямого горения мощностью 20 кВт объем топки составляет примерно 50 – 60 л, тогда как в «долгоиграющих» печах той же мощности этот показатель увеличен до 100 – 150 л, а у некоторых гигантов вообще составляет более 250 л.

Очевидно и следующее: одним только увеличением топки отделаться не получится. Если даже очень большую груду топлива поджечь обычным способом, пламя быстро распространится по ней и через 4 часа снова придется бежать в поленницу. Инженеры предложили несколько решений, на основании которых были созданы такие виды теплогенераторов:

Котлы с удлиненной топкой

Поскольку пламя в силу явления конвекции охотнее всего распространяется в направлении снизу вверх, логично расположить топливо не в виде груды, как в обычной печи, а в виде вытянутой горизонтальной линии.

То есть так, чтобы основная масса горючего была не над огнем, а сбоку от него.

Именно для этого и нужна удлиненная топка. Чтобы еще больше замедлить сгорание топлива, необходимо организовать дозированную подачу воздуха непосредственно в зону горения. Для этого применяются воздуховоды различных конструкций, например, телескопические.

Котлы с верхним горением

Нетрудно понять, что для наилучшего эффекта массив топлива следовало бы расположить не сбоку от пламени, а под ним. Эта идея легла в основу создания котлов с верхним горением, в которых горючее закладывается в виде вертикальной колонны, но поджигается не снизу, а сверху.

Здесь также реализована «адресная» подача воздуха: по телескопическому воздуховоду он подается строго в зону горения.

Газогенераторные (пиролизные) котлы

В теплогенераторах этого типа применен принципиально иной способ сжигания топлива. Сначала оно подвергается нагреву в бескислородной среде, вследствие чего происходит распад биополимеров (органических молекул) на целый ряд газообразных веществ – метан, азот, водород и пр. Эта смесь, которую называют древесным газом, также способна гореть.

Процесс ее образования и называется пиролизом или газогенерацией. Для сжигания древесного газа в топке котла имеется отделенное пространство (камера дожига), куда он поступает через форсунки.

Увеличение длительности горения – только одно из достоинств такого подхода. Кроме этого:

КПД теплогенератора удалось увеличить с обычных 80% до 90% — 93%;
за счет более полного, чем при обычном сжигании, разложения топлива выхлоп становится более экологичным и, соответственно, менее опасным для деталей котла и дымохода;
в топке остается очень мало золы;
по управляемости пиролизный котел на дровах приближается к газовому.

Некоторые не очень добросовестные производители прибегают к хитрому приему: выпускают обычные котлы, но предлагают эксплуатировать их в режиме тления (ограничивается подача воздуха в топку) и на основании этого позиционируют свою продукцию как теплогенераторы длительного горения.

Котел пиролизный

Действительно, при тлении топлива хватит на более долгий срок, чем при полном горении, но такой режим сопровождается целым рядом нежелательных эффектов:

КПД теплогенератора падает до 50%.
Происходит спекание мелкой фракции топлива, из-за чего оно превращается в корж.
Из-за неполного окисления топлива выхлоп получается насыщенным угарным газом и тяжелыми углеводородными радикалами – остатками органических молекул, проявляющими высокую химическую активность.

Следует учесть и то, что древесина некоторых пород, например, ива и тополь, в таком режиме горит плохо.

Преимущества

Двухконтурный твердотопливный котел

Основными положительными качествами таких котлов можно назвать:

Доступ к отоплению в любое время. Действительно, газовые котлы – не такое частое явление, особенно в селах или поселках, отдаленных от основных магистралей.
Работа котлов длительного горения не требует постоянного человеческого контроля. Без вмешательства в процесс работы такие котлы могут работать неделями без перерыва, что и дало название им – длительного горения.
Твердое топливо стоит дешевле, чем электричество, газ либо дизель. Получается явная экономия средств.
Универсальное использование. Действительно, прямое отопление – не единственная возможность котла. Его также устанавливают для получения горячей воды в доме. Нагревая воду в системе отопления, часть тепла идет и на подогрев воды. Для этого достаточно установить бойлер.
Установка твердотопливного котла может быть вполне выполнена своими руками. И даже если нужна обвязка, используя инструкцию, задачу вполне можно реализовать.

Схема твердотопливного и пиролизного котлов

Таким образом, котел имеет важное значение в частных домах и небольших хозяйствах. Правильно сделав выбор, можно обеспечить свой дом бесперебойным отоплением в любое время

Важно только помнить, что от объема камеры сгорания, мощности прибора зависит частота, с которой необходимо подкидывать твердое топливо для обеспечения его непрерывного горения.

Как избежать проблем при строительстве и эксплуатации

Оборудование устанавливают только на бетонное основание. Стальной прокат не выдерживает вес и котел проседает. Это приводит к потере плотности соединений и повреждению труб.

Использовать самодельную дверь для топки и зольника не рекомендуют. Малейшие неровности снижают эффективность сжигания дров.

Кроме того, возможно выпадение углей через щели с последующим возгоранием. При самостоятельном изготовлении дверцы ее делают строго под отверстие, обеспечивают заслонками и теплоизоляцией между слоями.

Если котел с теплообменником используют в локальной отопительной сети, циркуляционный насос устанавливают на обратку. Так устройство работает в щадящем режиме на протяжении 6 или более лет. Для решения проблемы низкотемпературной коррозии на байпасе (перемычке) устанавливают трехходовой термостатический клапан и настраивают на 55 градусов.

Стойкий запах креозота и задымление в котельной говорят о низком качестве топлива. Дешевые деревянные шпалы не подходят для обогрева и образуют зольно-угольные остатки на стенках менее, чем за сутки горения. Чтобы исключить теплопотери через дымоход, последний оборудуют заслонкой. Она предотвращает выход нагретого воздуха, снижает скорость сжигания топлива.

Котел твердотопливный длительного горения своими руками: чертежи и порядок сборки

Котлы длительного горения отличаются высокой теплоотдачей и выдают более мягкую, ровную температуру.

Но есть у них и существенный недостаток – высокая цена.

Поэтому есть смысл попробовать свои силы и изготовить печь самостоятельно.

Если Вы решили сделать котел твердотопливный длительного горения своими руками, чертежи найти – половина успеха. Но сначала разберемся, какие существуют основные конструкции.

Какой твердотопливный котел можно сделать своими руками?

В домашних условиях можно изготовить практически любой котёл, ведь всё делают люди.

Но некоторые детали можно выполнить только в заводских условиях.

Поэтому важно оценить свой опыт и возможности (инструмент, материалы, время). И разобраться с основными типами отопительных приборов и их особенностями. По нарастанию степени сложности, котлы можно разделить на:

По нарастанию степени сложности, котлы можно разделить на:

И разобраться с основными типами отопительных приборов и их особенностями. По нарастанию степени сложности, котлы можно разделить на:

Привычные котлы-топки с варочной поверхностью, водяной рубашкой по бокам и колосниками.
Вертикально расположенные агрегаты шахтного типа и с горением, осуществляющимся сверху.
Пиролизные котлы.

Классические твердотопливные котлы с привычным способом сжигания

Самый яркий представитель таких котлов – обычная печь, только выполненная из стали. Топливо укладывается на колосниковую решетку и сгорает, нагревая водяной контур пламенем.

Чтобы повысить КПД обычного котла устраивают повороты, вваривают поперек дымохода трубы, пропускающие теплоноситель и т. д. Могут быть горизонтальными или вертикально направленными.

Устройство котла длительного горения изнутри

Горизонтальные топки, как правило, ниже и имеют сверху варочную поверхность, отдающую тепло непосредственно в помещение. Конструктивно возможно соединение таких котлов с кирпичной трубой или колодцами классической печи, что значительно повышает их теплоотдачу.

Кирпичные колодцы, проводящие горячие дымовые газы, не только повышают КПД сгораемого топлива, не давая газам вылетать прямо на улицу, но и служат аккумуляторами тепла.

Котел с верхним горением

Само его название говорит о том, что здесь процесс горения идет наоборот: сверху вниз. Это сделано для того чтобы замедлить сжигание топлива, так как обычно пламя идет вверх и зажигает все дрова сразу.

Итак, конструкция этого аппарата: вертикально стоящая труба, точнее две трубы большого диаметра, входящие одна в одну. Между ними располагается водяная рубашка.

Для подачи воздуха в этой конструкции предусмотрена телескопическая труба, которая поднимается вверх перед закладкой топлива и опускающаяся вместе с ним по ходу сгорания дров или угля. Для изготовления такой конструкции понадобятся:

Трубы для корпуса диаметром 450 и 400 мм.
Для камеры предварительного подогрева воздуха диаметром 280 и длиной 350 мм.
Для телескопической подающей трубы отрезки длиной примерно по 300 мм таким диаметром чтобы входили друг в друга это – 89 мм, 76 мм, и 60 мм.
И толстый листовой металл для изготовления дверок; для блина, который давит на топливо и передает ему воздух для горения; для закрытия верха и низа котла и т. д.
Дверца для закладки топлива размером 250 х 210 устраивается на расстоянии 579 мм от основания. В самой нижней части еще одна дверца поменьше, для чистки. Колосники в этой модели не предусматриваются.

Конструкция «блина» – это полая деталь из двух одинаковых шайб-дисков диаметром 300 – 350 мм. По окружности диски провариваются стальной лентой, таким образом, чтобы воздух попадал внутрь, только через подающую трубу 60 мм. А для подачи воздуха к дровам, в нижней части диска сверлится множество отверстий.

Отличаются немалой высотой (могут достигать полутора метров).

Дрова укладываются во всю высоту, поджигаются снизу, где происходит процесс горения, а факел пламени направляется в другой отдел, соединенный в нижней части с основным котлом.

Продукты сгорания, проходя дальше по теплообменнику, остывают и удаляются в трубу.

Данная конструкция котла позволяет использовать пиролизное горение. Для этого устанавливается заслонка, ограничивающая подачу воздуха, и связанная с датчиком тяги и температуры. А во второй камере при доступе воздуха происходит сгорание выделенных газов.

Котлы шахтного типа хорошо справляются с сырыми дровами и опилками. Можно сказать, что это идеальные вариант для сырых дров.

Технология кладки

Прежде чем приступать к кладке печи своими руками, необходимо выбрать схему и нарисовать своими руками план-порядовку, лучше при этом воспользоваться готовыми проверенными схемами. Примером такой печи можно назвать печь Кузнецова с отопительным регистром, вмонтированным в дымовой канал с одной из сторон печи.

Печь Кузнецов, видео

Для кладки своими руками подобной печи в частном доме понадобятся материалы:

бетон для фундамента;
кирпич красный полнотелый;
кирпич шамотный огнеупорный;
кладочный раствор или его компоненты: глина, чистый сухой песок, чистая вода;
металлические трубы для выполнения теплообменника.

Также нужно купить готовые элементы: колосниковые решетка, дверцы, заслонки, шиберы, кровельные проходки. Цена на эти элементы обычно довольно высокая, поэтому нужно заранее просчитать, что именно необходимо.

Необходимый инструмент:

мастерки и кельма;
резиновый молоток;
болгарка с кругом для кирпича;
уровни, отвесы, бечевка;
рулетка.

Последовательность выполнения операций своими руками

1. Размечают положение будущей печи и заливают армированный прутком фундамент на 5 см ниже уровня чистового пола. Он не должен соприкасаться с фундаментом частного дома.
2. После полного высыхания фундамента выкладывают по схеме-порядовке и чертежу два ряда кладки из красного полнотелого кирпича на обычный цементный кладочный раствор, их назначение — выровнять возможные неровности фундамента и заложить основание печи.
3. Следующие ряды кладут на глиняный кладочный раствор по выбранной схеме, соблюдая перевязку, указанную на ней. Раствор делают из заранее вымоченной красной глины, карьерного песка и чистой холодной воды. Оптимальное соотношение глины и песка определяется опытным путем.

Правильно приготовленный кладочный раствор не должен быть слишком пластичным или рассыпчатым. Проверитьего можно так: скатать из раствора шар размером с теннисный мяч и уронить его с высоты 1 м на ровную поверхность. Он должен слегка деформироваться, покрыться мелкими трещинами, но не рассыпаться.

1. Толщина швов между рядами кирпича — не более 5 мм. Чем меньше швы, тем однороднее структура печи и лучше теплоотдача. Расшивку проводят сразу по мере кладки.
2. Дверцы устанавливают так: на предыдущий ряд кирпича кладут в месте установки дверки асбестовое полотно в виде полоски, на него ставят дверку. В отверстия в углах рамы заранее вставляют отожженную проволоку длиной не менее 40 см каждая. Эту проволоку закрепляют между рядами кладки. Если этого не сделать, рано или поздно раствор выкрошится, и дверка выпадет. Кладут несколько рядов, все время проверяя положение дверки по уровню. Поверх дверки также укладывают асбестовую полосу и сверху выкладывают кирпич.
3. Топку футеруют шамотным кирпичом. Красный керамический для этих целей не годится — он со временем растрескается, и может произойти обрушение свода. На схемах шамотный кирпич обычно обозначен желтым цветом.
4. Под варочную панель в кирпиче делают пазы на толщину плиты. Это делается для уменьшения теплопотерь и предотвращения задымления. Плиту кладут на раствор.
5. Самодельный теплообменник в дымовой канал устанавливают в процессе кладки на этапе укладки ряда, через который выходит нижний штуцер. В топочную камеру его монтируют при укладке нижнего ряда топки. Между теплообменником и кирпичом должен быть зазор не менее 5-7 мм.
6. В дымовом канале с теплообменником обязательно нужно предусмотреть прочистные дверки, так как на регистре будет оседать сажа, что ухудшит его нагрев. Количество дверок должно обеспечивать доступ для чистки к любой части теплообменника.
7. Верхнюю часть дымового канала оснащают заслонкой или шибером. Сам дымоход может быть либо кирпичным, либо можно купить и поставить сендвич-дымоход. При этом нужно соблюдать правила прохода трубы через кровлю, а на кирпичных трубах делать распушку.

Расстояние от нагретых металлических элементов до сгораемых конструкций должно быть не менее 25 см! Проходы через перекрытия изолируют базальтовым волокном или другими негорючими материалами!

После высыхания печи ее аккуратно протапливают, не перегревая, несколько раз. Проверяют тягу, устойчивость горения дров, отсутствие утечек дыма. После этого можно монтировать внешний отопительный контур и заливать воду в систему. Печь готова к эксплуатации.

Типы котлов длительного горения

Котлы длительного горения имеют общий принцип устройства. Обычно это двухкамерный котел с водяной рубашкой. Первая камера предназначена для медленного горения основной массы топлива, во второй камере горят пиролизные газы. Камеры имеют различное взаимное расположение – это зависит от марки и модели оборудования.

Котлоагрегаты подразделяются на два типа по признаку автономности:

Энергозависимые;
Энергонезависимые.

Энергозависимые котлы оборудуются вентиляторами наддува и система электронной автоматики и регулирования. Вентиляторы осуществляют подачу воздуха на горение, КПД таких котлов несколько выше, чем у атмосферных аналогов. Регулирование процесса горения, температуры осуществляется электронной системой. Оно реализуется изменением объема воздуха, подаваемого на горение.

Энергонезависимые котлы реализуют свою работу посредством естественной тяги. Регулирование размера потока воздуха производится механической системой управления, основанной на свойствах биметаллических пластин.

По конструкции среди котлов длительного горения можно выделить 4 типа оборудования.

Тип 1. Цилиндрический котел с верхней подачей воздуха и распределителем воздуха.

Этот тип котлов разработан литовскими теплотехниками в 2000 году. Котел имеет цилиндрический корпус. В верхней части расположена камера подогрева воздуха, через которую пропущена труба подачи воздуха (телескопическая).

Труба соединена с круглым грузом, нижний торец которого оборудован сетью каналов распределения воздуха. Диаметр груза составляет 0,9 внутреннего диаметра котла. В верхней части обечайки котла расположен патрубок дымохода.

Через дверцу производится загрузка и розжиг топлива. Верхняя часть топливной загрузки тлеет, в зазоры по направлению в верхнюю свободную часть проходят образующиеся пиролизные газы. Там происходит их сжигание с подачей подогретого воздуха из камеры подогрева.

В нижней части цилиндра имеется дверца для удаления зольного остатка. Котел оборудуется водяной рубашкой с патрубками для присоединения системы отопления. Котлы этой конфигурации работают на естественной тяге, могут оборудоваться вентиляторами наддува.

Тип 2. Котел с огнеупорной камерой.

Этот тип оборудования отличается верхним расположением первичной камеры и наличием вентилятора. В верхней камере происходит тление топлива, оттуда пиролизные газы через керамическую форсунку высасываются в нижнюю камеру.

Нижняя камера выполняется из огнеупорных материалов. Котел оборудован каналами для подогрева и подачи воздуха на горение. Теплогенератор оборудуется водяной рубашкой и резьбовыми патрубками.

Существует разновидность этого типа котла. В ней камера дожигания расположена за первичной камерой. Во вторичной камере проходят металлические полости различного сечения, по которым циркулирует теплоноситель.

Тип 3. Атмосферный энергонезависимый котел с нижним расположением первичной камеры.

Агрегат этого типа является гибридом классического твердотопливного агрегата и котла длительного горения. Он имеет первичную камеру и поддувало. Воздух подается через заслонку поддувала, она соединена приводом с механическим регулятором.

Сгорание пиролизных газов происходит в верхней камере, воздух в которую подается от заслонки по отдельному каналу. Теплогенератор этого вида имеет несколько сниженный КПД по сравнению со своими собратьями, зато обладает полной энергонезависимостью.

Тип 4. Пеллетные котлы.

Котлы этого вида также можно отнести к оборудованию длительного горения. Они также реализуют в своей работе принципы ступенчатого сжигания топлива. Кроме этого, они оборудуются системами наддува и бункером топлива.

Бункер топлива дозировано подает топливо по сигналам автоматики, осуществляется его качественное сжигание. Пеллетные котлы обладают самым длительным периодом автономной работы (без обслуживания). Недостатком этого типа котлоагрегатов является энергозависимость и отсутствие массового производства пеллет (спрессованных в гранулы древесных отходов) в нашей стране. Более подробно о пеллетных котлах можно прочитать здесь.

Устройство котлов длительно горения выгодно отличается от классических образцов твердотопливных котлов. Достигаемая тепловая стабильность, экономия топлива, уменьшение объема ручного обслуживания обозначают неплохую перспективу и конкурентноспособность котлов этого типа.

С чего всё началось

Прежде чем перейти к техническим особенностям котла, стоит заострить внимание на предыстории его строительства. PerelesnikПользователь FOUMHOUSE. PerelesnikПользователь FOUMHOUSE

PerelesnikПользователь FOUMHOUSE

В мой дом заведён газ, но я периодически задумывался над тем, чтобы перейти на отопление твёрдым топливом. Останавливало лишь то, что газовое отопление было выгодно, и переход на дрова оказывался не рентабельным. Дом я отапливал электродным котлом мощностью 7 кВт, работающим в связке с кондиционером, который эксплуатировался «на обогрев». При сильных заморозках дом дополнительно подтапливался котлом, работающим на газе. И вот газ подорожал…

Именно увеличение цены на газ стало тем событием, которое привело к разработке ракетного котла.

Прежде, чем иди и сразу покупать «нечто» под названием «твердотопливный котёл», Perelesnik начал изучать предмет. Он ознакомился с перечнем оборудования, предлагаемого в магазинах, посмотрел, как работают котлы у соседей, понял, какие наиболее частые проблемы возникают, изучил отзывы в Интернете.

После «мозгового штурма» появился список требований, которым должно отвечать устройство — с точки зрения Perelesnik-а:

Возможность стабильной работы на мощности от 2 до 20 кВт. Это связано с особенностями климата в регионе проживания форумчанина. Зимой температура с месяц может держаться около 0°C, а потом резко на неделю упасть до -25…30°C. В осенне-весенний период температура находится в пределах +5…+10°C. Т.к. дом в межсезонье также нужно отапливать, но от котла не требуется максимальная мощность, нужен «гибко» настраиваемый аппарат.
Котёл должен быть «всеядным», т.е. гореть в топке должно всё, что может гореть – дрова, топливные брикеты, уголь, отходы и т.д., включая влажное топливо.
Конструкция котла должна предусматривать закладку поленьев диаметром до 20 см. Это уменьшит необходимость в колке дров.
Должен работать с ночи до утра на одной закладке топлива. При сильном морозе количество полных закладок топлива не должно превышать трёх.
Полная энергонезависимость. Устройство должно работать без необходимости его подключения к электрической сети. В случае обрыва проводов или отключения энергии, работу циркуляционного насоса (он должен прокачивать теплоноситель) обеспечивает резервная система питания.

Система отопления выбирается, в зависимости от климатических условий проживания, теплопотерь дома, доступности того или иного вида топлива, цен на энергоносители в вашем регионе.

Также среди основных требований к котлу перечислялось:

высокий КПД, простая и недорогая конструкция дымохода;
небольшое образование сажи и отложений (значит, отпадает необходимость в частой прочистке котла и увеличивается эффективность его работы);
безопасность работы котла при любых режимах эксплуатации, жаростойкость узлов;
возможность дозагрузки дров при рабочем режиме;
удобство эксплуатации котла при его установке в жилом помещении;
небольшой вес и габариты.

Самое интересное, что все эти требования планировалось «уложить» в бюджет, не превышающий 500 долларов, за исключением стоимости работы.

Достаточно лишь поверхностно ознакомится с требованиями, чтобы понять, что найти твердотопливный котёл, отвечающий всем пунктам списка, задача непростая. Поэтому Perelesnik решил идти двумя путями:

Попытаться найти готовое заводское изделие.
В случае неудачи – скопировать конструкцию готового котла и сделать его самому.

В ходе поисков и дальнейшего изучения информации, оба варианта отпали. Из-за технических особенностей: «капризности» работы на «мокрых» дровах, невозможности работы на малой мощности и т.д. не подошли пиролизные котлы длительного горения. Также не устроили «самоделки», найденные на просторах «всемирной паутины». Оставался третий вариант – на основе своих знаний и приобретённого опыта разработать конструкцию твердотопливного котла «под себя».