КОРОТКО ПРО РОБОТУ І КОНСТРУКЦІЇ ТВЕРДОПАЛИВНИХ КОТЛІВ

Важко уявити собі в даний час людини, що не має загального поняття про твердопаливних котлах. За всю історію котлобудування людство винайшло чимало цікавих конструкцій котлів, які постійно еволюціонують. Як і в минулі часи твердопаливний котел і сьогодні має три основних конструкційних елементів: ємність для завантаження палива, топку, де і відбувається саме горіння твердого палива, теплообмінник. Залежно від конструкційних особливостей цих елементів, ми самі можемо отримати високоефективний твердопаливний котел або його прадіда – буржуйку.

Ми знаємо, що для роботи котла необхідно паливо і від його калорійності залежить і ефективність роботи нашого опалювального обладнання. Для того, щоб отримати максимум економічності від котла паливо повинне згоріти все і повністю. Для повного згоряння кожному виду палива потрібно строго певну кількість повітря. Якщо повітря буде більше покладеного, то він просто відбере зайве тепло, нагріється і вилетить в трубу, а от якщо повітря буде менше, то з труби вилітає чорний дим, який представляє собою ні що інше, як незгорілі до кінця компоненти палива.

Саме горіння деревини можна умовно розділити на кілька етапів, у яких для повного згоряння потрібна різна кількість повітря. Приміром, на розпечені вугілля ми поклали нову порцію дров. З початку дрова починають нагріватися і з них випаровується волога. В силу того, що деревина в загальному то є складною ланцюжком різних органічних сполук, то при нагріванні ці молекулярні ланцюжки розпадаються на більш прості, тобто на прості спирти, ефіри і гази, які починають виходити з деревини і зрештою займатися. Тепер наша закладка дров горить полум'ям. Видиме полум'я - це і є ні що інше, як горіння газоподібних речовин. Іншими словами ці речовини називаються летючими речовинами і їх маса в дровах становить до 85% відсотків від маси дров. В залежності від температури, до якої нагріто деревина залежить і склад газів та їх масова частка. Очевидно, що для повного згоряння постійно змінного складу газів підібрати ідеальне кількість повітря практично неможливо. При нагріванні деревини до 800 градусів всі летючі речовини «виходять» і залишається звичайний деревне вугілля. Це ні що інше як чистий вуглець, який горить. Вуглець вступає в реакцію з киснем. При цьому виділяється величезна кількість тепла і розвивається висока температура (до 1400⁰С). Відмінною особливістю спалювання палив на колосниках є те, що весь кисень з поданого під колосник повітря вступає в реакцію. Але що цікаво, якщо на шляху вуглекислого газу виявляться жар, то піде інша реакція – реакція відновлення, яка поглинає до 60% раніше отриманої теплоти. При такій конструкції котла, ми отримаємо неповне згоряння. Тому котли з простими конструкціями топок ніяк не можуть похвалитися високим ККД (Коефіцієнт Корисної Дії) зважаючи на вище наведених обставин і навряд чи їх ККД буде вище 45 – 50%.

Для вирішення цього питання є два шляхи вирішення: перший – це найняти кочегара, який би стежив за необхідною товщиною вугілля на колосникових гратах (а це по деяким даними товщина шару від 8см до 12см ), або другий – це подати додатковий повітря в топку та дожечь окіс вуглецю, отримавши на виході діоксид вуглецю. Існує й третій спосіб рішення - це сконструювати котел так, щоб товщина шару, який бере участь у горінні була постійна. Другий і третій спосіб цілком можуть бути реалізовані і забезпечується це конструкцією топки котла.

Розглянемо застосовуються топки часто зустрічаються в продажу котлах. В побутових котлах найчастіше можна зустріти тільки три типи: слоевая, шахтна і топка газогенераторних котлів. Існує ще котел верхнього горіння типу Stropuva, але в ньому не можна чітко провести розмежування, де топка, а де теплообмінник.

Схема шарової топки

У шарової топці горить паливо можна умовно розділити на шари або зони. В окислювальних зонах відбувається горіння вуглецю, далі у відновній зоні відбувається відновлення З₂ ЗІ. В зоні виходу летких з палива виходять летючі речовини і згоряють, а в зоні підсушування паливо нагрівається і з нього випаровується волога. Шарові топки не відрізняються своєю економічністю та ефективністю. Отримати повне згоряння всіх компонентів в ній практично неможливо, внаслідок чого ККД котлів з шаровими топками досить низький. У вихідних газах шарової топки присутні горючі компоненти, такі як, Н₂ та інші. Якщо ці гази змішати з вторинним повітрям, то їх можна повністю дожечь і отримати додаткове тепло, а біля котла зросте ККД. Першими цей принцип стали використовувати газогенераторні котли або їх ще називають піролізних. Слід зазначити, що газогенераторні котли дуже чутливі до вологості палива і на сирих або погано висушених дровах такі котли практично не працюють. Відбувається це тому, що горючі гази рясно розбавляються водяними парами, що в першу чергу знижує концентрацію горючих газів і створюються несприятливі умови для їх допалювання.

Схема шахтної топки

Шахтна топка по конструкції має багато спільного з шарової, однак гази пройшовши зону окислення, далі не йдуть через весь шар палива, а йдуть через газове вікно. Така конструкція топки дозволяє ліквідувати зону відновлення. Підведення ж вторинного повітря за газовим вікном дозволяє домогтися повного згоряння всіх компонентів. Котли з шахтною топкою (шахтні котли) байдужі до вологості палива і останнім часом користуються великою популярністю у котлостроителей. В котлах цього типу можна домогтися досить хороших показників по тривалості горіння, економічності і діапазону зміни потужностей без втрати ККД. На відміну від газогенераторних котлів шахтні котли конструктивно простіше і дешевше.

Схема піролізної топки

Наступним завданням котла є відбір тепла від газів і віддача його теплоносію. За це завдання відповідає теплообмінник. Теплообмінник повинен володіти достатньою площею, щоб повною мірою відібрати від газів тепло, бути компактним, ремонтопрігодним і легко прочищатися. З організації руху газів він може бути як одноходовым, так і багатоходових. В побутових котлах роль теплообмінника так само можуть виконувати стінки водяної сорочки, проте забезпечити достатній знімання тепла з такої конструкції досить важко.
По конструктивному виконанню теплообмінники можуть бути жаротрубными (тобто гази йдуть по трубах) і водотрубними (по трубах йде вода, а гази їх омивають).

Важливим параметром при роботі котла є температура відхідних газів. При високій температурі відхідних газів зайве тепло залишає котел і вести мову про економічність такого котла немає сенсу. В першу чергу це говорить про неефективну роботу теплообмінника, або про недостатню його площі. При низькій температурі відхідних газів в теплообміннику починається конденсація містяться в газах водяної пари і котел в буквальному сенсі починає спливати чорним і смердючим конденсатом. Тому температура газів на виході з котла повинна бути не набагато вище точки роси, яка становить для дров 120⁰С-140⁰С, для вугілля 140⁰С-160⁰градусів і для торфу 80⁰С-100⁰С. Іноді в теплообмінниках котлів можна зустріти так звані турбулізатори, які закручують потік газів і сприяють більш ефективної тепловіддачі. Ці вставки підвищують ККД котла на 12% - 15% за рахунок зниження температуру вихідних газів на 35⁰С – 45⁰С.

Знаючи теоретичні основи спалювання твердого палива в топках, ми можемо переходити до вибору самого твердопаливного котла. Слід зауважити, що вибір потужності і типу топки є визначальними критеріями в оцінці якості самого виробу. Але все ж починати свій вибір з палива. Вам потрібно точно знати, чим ви будете топити цієї зими, а вже в залежності від наявності палива слід підходити до вибору котла. Котел є найважливішим елементом опалювальної системи і від його роботи залежить робота системи в цілому. Тому вибір котла є найважливішим завданням при проектуванні систем опалення.

Не секрет, що потужність котла визначають теплові втрати вашого будинку.

Потужність котла повинна відповідати теплових втрат будинку і не повинна перевищувати їх. Якщо ж менеджер, який продає вам котел стверджує, що це допустимо, то він просто хоче щоб ви прийшли до нього ще раз і купили теплоакумулятор. Наприклад, якщо теплові втрати будинку будуть рівні 10кВт, а ви купіть котел потужністю 20кВт, то ви отримаєте ефективність цього котла на рівні максимально 40%. Велику частину часу він буде працювати на третину навантаження. Навіть установка теплоаккумулятора не вирішить всі питання по економії, так як вам необхідні додаткові витрати на сам котел більш високої потужності (20кВт), на теплоакумулятор, на автоматику, яка керує всією цією системою. А навіщо? Коли можна просто підібрати котел не за крайнім критичним параметрами (при температурі повітря взимку -25⁰С), а по реальній таблиці температур у зимовий період з урахуванням утеплення вашого будинку. Якщо ви зробите такий розрахунок або його фахівці зроблять, то ви будете дуже здивовані: вийде, що вам необхідний котел максимально 10кВт – 12 кВт при площі будинку в 150м², а не 20кВт, як вам у більшості випадків порекомендують.

ККД котла – це прямий показник його економічності і тому чим він вище, тим краще. Багато виробників вказують ККД своїх котлів в районі 85-90 %, що цілком правдоподібно. Однак ці показники є такими при ідеальних умовах, ідеальному паливі і на певній потужності. При меншій потужності цей параметр буде знижуватися до вельми непривабливих значень. Досі жоден виробник не виклав у відкритий доступ залежність ККД котлів від потужності. Нижче ми наводимо графік залежності ККД серійного твердопаливного котла від використовуваної вами потужності.

Графік зміни ККД твердопаливного котла в залежності від його потужності (teplovhate.by)

У наступних статтях ми зупинимося на розгляді конкретних переваг і недоліків конструкції, що продаються в нашій країні твердопаливних котлів, розглянемо яким чином вдається продавцям «обалванивать» покупців і що з цього випливає.

Але завжди потрібно пам'ятати, що дешевий товар не може бути ефективним. Він не принесе у ваш дім комфорт і затишок, а додасть головного болю вам і нам, тому що потрібно буде виправляти всі ті огріхи, які ви упустили, купуючи котел, не розібравшись до кінця в його конструкції і найголовніше – не звернулися до нас. А це, повірте, набагато дешевше і надійніше. Перша консультація у нас – безкоштовно!

УДАЧІ ВСІМ І ВІДМІННИХ ПОКУПОК!