Паливом для твердопаливних котлів є дрова, вугілля або паливні гранули (пелети) — недорога альтернатива газу і нафти. Спалювання такого виду палива (тирси, тріски, соняшникового лушпиння) також дозволяє вирішити проблему утилізації відходів деревообробки та сільськогосподарського виробництва.
Сучасні твердопаливні котли забезпечують якісне екологічно чисте спалювання і високий ступінь автоматизації. В умовах постійного зростання ціни на газ в Україні почали користуватися шаленим попитом.
Механізм автоматичної підтримки температури у традиційних твердопаливних котлів
На твердопаливному котлі встановлений датчик, що відслідковує температуру води в котлі. Цей датчик за допомогою сталевої ланцюжка з'єднаний із заслінкою повітря. У випадках, коли температура теплоносія стає вище заданої, заслінка автоматично прикривається і процес горіння уповільнюється. Коли температура знижується, то заслінка відкривається. Також практично на всі твердопаливні котли можна утсановити повноцінну автоматику: електронний контролер і вентилятор наддуву. Для цього потрібно, щоб на котлі були кріплення для вентилятора.
Переваги твердопаливних котлів
доступність;
невисока вартість палива;
економніші за газові котли
Система автоматичної подачі палива
Будова
Звичайні, найчастіше бюджетні, твердопаливні котли складаються з водяної сорочки і зовнішнього кожуха. Між ними може розташовуватися утеплювач, для зменшення тепловтрат. Товщина металу від 3 до 6 мм.
По водяній сорочці циркулює теплоносій (вода або незамерзайка), який вбирає тепло в процесі роботи котла і віддає її в систему опалення. Сучасні твердопаливні котли мають різні модифікації, з яких складається будова — водоохолоджувані колосники, конвекційні канали (інша назва: газохід, водяні полиці), форсунки для зонної подачі повітря, камера догорання піролізних газів (тільки в котлах шахтного типу і піролізних).
Складніші твердопаливні та піролізні котли облаштовуються системою автоматичної подачі палива. Вона складається із механізму шнекової подачі і бункера. До пальника котла шнеком підводиться паливо — вугілля або пелети. Для подачі повітря в зону горіння під пальником встановлений вентилятор.
Вугілля, що застосовується в цих котлах, має фракцію 5-25 мм. Пелети мають розміри 6-10 мм в діаметрі і 5-70 мм завдовжки.
Принцип дії
Процес роботи котла з бункером для вугілля та пелет повністю автоматизований і контролюється за допомогою пульта управління, на якому задаються всі необхідні настройки, включаючи необхідну температуру, денний цикл роботи котла, його вмикання і вимикання. Для безпечної роботи котла часто передбачений автоматичний клапан, що розриває електричний ланцюг у разі перегрівання котла.
Встановлену на виході з котла температуру води відстежує терморегулятор. Якщо ця температура знизилася на задану в налаштуваннях величину щодо встановленої, за його сигналом на кілька секунд вмикається електродвигун шнека, і порція палива подається в пальниковий пристрій, в якому постійно підтримується тліючий заряд. Вентилятор нагнітає повітря в пальниковий пристрій, і температура води в котлі підвищується. Однак, як тільки вона досягає верхньої межі, автоматика вимикає вентилятор.
Щоб вогонь по шнеку не проник в бункер пеллетного котла, в конструкції можуть бути передбачені захисні системи. При підвищенні температури до критичної, спеціальний термостат вимикає вентилятор нагнітання і подачу палива. При відсутності подачі повітря горіння повністю припиняється. На сучасних твердопаливних котлах також встановлюються системи автоматичного пожежогасіння. При температурі подавального кожуха 70-80 °С шнек і пальниковий пристрій заливаються водою.
Важливою частиною системи опалення на основі твердопаливних котлів є димоходи. Їх встановлення регламентується нормативними актами. Зокрема, димова труба відносно котла в приміщенні повинна бути виведена: - вище границі зони вітрового підпору, але не менше 0,5м вище гребеня даху при розміщені їх (по горизонталі) не далі 1,5м від гребня даху. - в рівень з гребенем даху, при розміщені їх (по горизонталі) на відстані 3м від гребня. - не нижче прямої, проведеної від гребеня в низ під кутом 10˚ до горизонту, при розміщені труб на відстані більш ніж 3м від гребеня даху[1].
Система опалення на основі твердопаливного котла — це Система індивідуального опалення житлових чи виробничих приміщень, особливістю якої є використання як джерела тепла — опалювального котла на твердому паливі.
Будова системи опалення з тп котлом
Система складається з двох основних вузлів:
Котла, який генерує тепло;
Теплоаккумулятора — завданням цього елемента є стабілізація температури теплоносія в котлі, та забезпечення максимально ефективного згорання палива.
Особливості та принцип роботи
Твердопаливний котел передає тепло утворене в результаті згорання палива теплоносію, який через радіатори опалення віддає його внутрішньому середовищу приміщення.
Бак-накопичувач додає системі інерційність, акумулює тепло на піку продуктивності котла і віддає його в систему опалення та водопостачання в разі необхідності. Це стабілізує роботу твердопаливного котла і дає можливість системі функціонувати навіть після перегоряння палива в котлі (час може коливатися від 6 годин до декількох діб, залежно від об'єму).
Всередині накопичувача також можливо вбудувати бак непрямого нагріву гарячої води, що дає можливість стабільно отримувати гарячу воду у кількості необхідній для забезпечення декількох точок розбору гарячої води.
Також невід'ємною частиною системи опалення на основі твердопаливного котла є термостатичні змішувачі — вони забезпечують стабільну температуру в котлі, системі гарячого водопостачання і опалення.
Для стабільної роботи системи опалення потрібно підключити до котла розширювальний бак. Вода, або інші теплоносії розширюються при нагріванні і розширювальний бак компенсує теплове розширення теплоносія. Згідно стандартів об'єм розширювального бака повинен складати 5 - 10% від об'єму рідини в системі опалення. [2]
Робота твердопаливних котлів (особливо чавунних) вимагає стабільної температури теплоносія — перепад температури між подавальною лінією і зворотною не повинен перевищувати 5-10° C. Для досягнення цієї мети служить термостатичний клапан біля котла у зв'язці з циркуляційним насосом. Наступний термостатичний клапан знаходиться на лінії подачі гарячої води і стабілізує її температуру на заданому значенні — як правило від 55 до 65° C. Останній клапан у зв'язці з циркуляційним насосом забезпечує стабільну температуру теплоносія в системі опалення.
Сучасні види твердопаливних котлів
Котел верхнього горіння
Котел верхнього горіння (котел довгого горіння) це різновид твердопаливного котла, в якому подача повітря і процес горіння обмежуються верхньою частиною шару палива і багатоденним запасом палива в робочому резервуарі котла. Сукупність цих факторів дозволяє котлу верхнього горіння самостійно здійснювати обігрів приміщення протягом кількох днів, не потребуючи при цьому додавання палива і господарського догляду.
Котли верхнього горіння економічніші за класичні твердопаливні вони дозволяють зекономити 20-30% палива, так як в них паливо згорає якісніше і рівномірніше. У твердопаливних котлах тривалого горіння як правило в якості палива використовуються дрова, деревні брикети, або вугілля. Тобто ті види палива які горять найдовше[3].
Інколи котли верхнього горіння обладнують вентилятором нагнітачем повітря. Тривалість горіння одного паливного завантаження, в залежності від режиму в середньому становить від 5-8 годин до 31 годин (на дровах) і до 5 днів (на вугіллі). В той же час тривалість горіння звичайного твердопаливного котла становить від 2 до 8 годин.
Котел нижнього горіння (він же Шахтний котел або котел Холмова)
Котел нижнього горіння – це різновид твердопаливного котла, який дістав свою назву через особливість будови та принцип горіння палива. Основною характеристикою шахтного котла є спеціально створена форма топки, що нагадує вертикальну шахту[4]. На відміну від котла класичної конструкції, у котлі шахтного типу одночасно горять не всі дрова, а невеликий по товщині нижній шар. В міру прогоряння паливо під власною вагою опускається вниз.
Завантаження палива проводиться зверху, а розпалювання – через спеціальні дверцята в нижній частині корпусу.
Перевагами котла нижнього горіння є висока ефективність спалення палива.
Ефективність використання палива підвищується за рахунок того, що конфігурація зони горіння сприяє утворенню та допалу піролізного газу, в результаті чого теплотворна здатність пального матеріалу використовується найкращим чином. Крім того перевагою є можливість поповнення пального без вимкнення котла. Котли нижнього горіння це всеїдні котли нижнього горіння з верхнім завантаженням, розраховані працювати з паливом як дров'яного, і вугільного типу (дрова, брикети тощо.)
Перевагою котла нижнього горіння є те що він може працювати на вологому паливі, в той час коли інші види котлів вимагають сухого палива[5]. Котли нижнього горіння працюють від 8 до 15 годин на дровах і від 25 до 35 годин на вугіллі на одному завантаженні пального.
Пелетний котел
Пелетний котел обладнаний механізмом поступового подавання твердого палива до котла, з бункера. Бункер може бути як приставним так і включеним в конструкцію самого котла. Працюють такі котли на гранульованому паливі - пелеті. Для спалювання традиційного твердого палива (дрова, вугілля тощо) треба встановити колосникову решітку, якщо це передбачено конструкцією конкретного котла. Отже пелета подається через шнековий механізм прямо до пальника, які, в свою чергу, бувають ретортного типу і факельного типу. 95% побутових пелетних котлів обладнуються факельними пальниками.
Головною перевагою твердопаливних пелетних котлів є їх автоматизація, тому вони можуть працювати самостійно без обслуговування людиною від 3 діб і більше. Автоматика керує всім процесом роботи: розпалювання пелет, інтенсивність горіння, кількість палива, що подається з бункера, температура теплоносія в системі опалення і навіть процес самоочищення.[6]. Пелетні котли зручніші в використанні і більш економічні за класичні твердопаливні, завдяки високому ККД і повній автоматизації процесса горіння.
Піролізний котел
Піролізний котел (газогенераториний котел) це котел конструкція якого передбачає дві камери згорання. У першій камері здійснюється горіння деревини при недостатній кількості повітря. При цьому паливо починає виділяти піролізний газ, що разом з димовими газами перетікає у другу камеру. У другій камері згорання газогенераторного котла (так ще називають піролізні) подається вже об’єм повітря, який достатній для повноцінного горіння. Піролізний газ запалюється і згорає, нагріваючи водяну сорочку агрегату.
Розташування двох камер буває різним, тому що піролізні котли можуть мати різну конструкцію. Як правило піролізні котли мають вентилятор подачі повітря в другу камеру згорання. В зразках що використовують природну тягу, вторинна камера розташована вище первинної і повітря проходить через паливо знизу вверх. При примусовій тязі за допомогою вентилятора, первинна камера згорання знаходиться поруч або вище вторинної[7]. Піролізні котли працюють на пелетах, дровах,тирсі, корі та інших видах органічного палива забезпечують економію палива до 50%, це забезпечується тим що в піролізних котлах процес горіння проходить повністю до повного згорання палива, не майже не залишається викидів в атмосферу, що робить піролізні котли надзвичайно екологічними і безпечними для здоров'я. Піролізний котел працює на одному завантажені палива до 12-14 годин.
Види твердого палива
Види твердого палива, що використовується в Світі для спалювання у твердопаливних котлах, можливість використовувати певне паливо в конкретній моделі котла має бути зазначене в інструкції котла, або принаймні таке використання має погодити спеціаліст по котлам, в такому разі в перші місяці використання нового палива котел потребує посиленого контролю і уваги:
