Дровяные котлы длительного горения на твердом топливе

Устройство и принцип работы

В основе принципа длительного горения лежит снижение скорости сгорания топлива за счет уменьшения подачи воздуха. Кислород в первичную камеру сгорания подается в количестве, достаточном для тления, но не обеспечивающем интенсивное горение.

Во время медленного окисления древесины выделяются газообразные углеводороды, получившие название пиролизных газов. Сам процесс органического разложения древесных волокон под действием высокой температуры называется приролизом.

Дожигание продуктов окисления во вторичной камере на длительность горения топливной закладки не оказывает существенного влияния, однако существенно увеличивает общую эффективность работы котла на дровах. Это связано с тем, что при сгорании вторичных газов выделяется значительно больше тепловой энергии чем при интенсивном горении дров.

Энергозависимые установки длительного горения

Компоновка дровяных котлов длительного горения предполагает расположение основной топочной камеры непосредственно над зоной сжигания вторичных газов, а сообщение между ними осуществляется через специальные керамические форсунки, способные работать при температуре от 800 до 1000 С. Днище главного топливного отсека оборудовано специальной термостойкой постелью, чаще всего из шамотного кирпича или керамобетонных блоков.

Направленное движение воздуха (тяга) обеспечивается с помощью нагнетающего вентилятора, от частоты вращения которого зависит количество кислорода в рабочей зоне. На основании данных, полученных от температурного датчика, автоматическая система управления (АСУ) может увеличивать или уменьшать угловую скорость крыльчатки. К достоинствам такой схемы можно отнести высокую точность регулировки. Кроме этого, воздух, проходя через верхний топочный бункер, нагревается, что упрощает процесс воспламенения пиролизных углеводородов.

Интенсивность циркуляции теплоносителя в отопительном контуре регулируется насосом, который также подключается к АСУ. Если температура теплоносителя снижается, автоматически увеличивается подача воздуха.

Точность регулировки и экономичность энергозависимых дровяных котлов отопления длительного горения обеспечивают значительную экономию дров, что за весь отопительный сезон выливается значительную сумму. Однако не следует сбрасывать со счетов тот факт, что при отсутствии электропитания, такой котел становится бесполезной грудой металлолома, поскольку естественная тяга в таких конструкциях, как правило, не предусматривается.

Энергонезависимые дровяные котлы длительного горения

Несмотря на то что экономичность и производительность таких установок заметно ниже, чем установок оснащенных АСУ, они совершенно не зависят от наличия электроэнергии, что является их существенным плюсом. К недостаткам таких систем относится, прежде всего, сложность настройки.

У такого котла на дровах регулировка подачи кислорода производится открытием специальной заслонки, имеющей кинематическую связь с биметаллическим терморегулятором, расположенным на верхней крышке изделия.

После розжига дровяной закладки и получения устойчивого горения заслонку приводят в рабочее положение, уменьшая тем самым количество воздуха в первичной камере сгорания и обеспечивая оптимальные условия для химико-термического окисления древесного горючего. Горячие пиролизные газы, под действием естественной тяги, поступают в верхнюю камеру сгорания, где смешиваются с разогретым вторичным воздухом, вследствие чего воспламеняются.

Циркулирующий в водяной рубашке теплоноситель быстро нагревается за счет контакта с горячими стенками камеры сгорания. Высокую производительность таких конструкций обеспечивает большая площадь теплообменника.

Отопительные котлы на дровах обратного горения

Главной особенностью таких устройств является то, что процесс первичного сжигания происходит в направлении от верхних слоев к нижним.

Конструкция представляет собой вертикально расположенный цилиндр со штоком и прижимным диском, обеспечивающим равномерное распределение воздуха по всей поверхности горения.

Образовавшиеся в результате пиролиза газы поступают в верхнюю часть корпуса, где смешиваются с предварительно разогретым вторичным воздухом и воспламеняются. Раскаленная боковая поверхность непосредственно контактирует с теплоносителем, поступающим в контур отопления через выходной патрубок. Для большей эффективности, прибор может быть установлен в защитный кожух, а образовавшаяся полость заполнена пенополиуретаном или другим негорючим теплоизолятором.

Конструкция

Пиролизный котел состоит из топливной камеры, разделенной на зоны. В одной из них, называемой газогенераторной, происходит разложение топлива на золу и пиролизные газы, в другой — зоне дожига — происходит сгорание этих газов.

• Котлы выпускаются двух типов:
• с верхней загрузкой, или шахтные;
• с нижней загрузкой.

Шахтные котлы верхнего горения

Чтобы преодолеть аэродинамическое сопротивление и стабилизировать тягу, камеру оборудуют дутьевым вентилятором, установленным сверху котла — этот процесс называют «верхним дутьем». Некоторые модели оснащены еще одним вентилятором, подающим струю воздуха прямо в камеру дожига, что повышает эффективность котла. Дым и пар после дожига через дымовой патрубок выводятся в дымоход.

Котлы с нижним горением В этом типе отопительных агрегатов газогенераторная камера находится снизу, а пиролизные газы поднимаются вверх под воздействием тяги. Для устойчивого горения таким котлам необходим дымоход высотой не менее 5 метров.

Применение вентилятора для котлов с нижней загрузкой не обязательно, т.к. воздух подается через заслонку. Эффективность котлов нижнего горения ниже, чем у шахтных, но они не зависят от наличия электроэнергии.

Теплообменник и подключение котла к системе отопления

Рядом с топкой находится теплообменник, по которому циркулирует теплоноситель системы отопления. Конструкция теплообменника зависит от модели агрегата. Для подачи и отвода воды в систему предусмотрены штуцера. Входной штуцер, через который в котел поступает остывшая в системе отопления вода, находится в нижней части теплообменника. Выходной штуцер — в верхней. В качестве теплоносителя может использоваться вода, лучше дистиллированная, или антифризы.

Газогенераторы длительного горения могут работать в системах с естественной или принудительной циркуляцией. При выборе котла необходимо согласовать объемы теплообменника и теплоносителя, необходимого для заполнения системы отопления. Систему оснащают расширительным баком, а для принудительной циркуляции — насосом, который устанавливают непосредственно перед вводом в котел.

Для стабилизации температуры в системе отопления рекомендуется установить также теплоаккумулятор — накопительный бак, который будет промежуточным звеном между котлом и отопительными приборами. При этом, во время перерывов в топке котла, система не будет остывать более, чем на 10-15 градусов. Вода на входе в теплообменник должна иметь определенную производителем температуру, обычно — 60 градусов Цельсия. Для поддержания этой температуры системы оснащают трубой для подмеса горячей воды. В системах с принудительной циркуляцией на случай внезапного отключения электричества также нужно предусмотреть байпас для обхода циркуляционного насоса.

Ряд моделей пиролизных газогенераторов помимо отопления могут быть подключены также к контуру ГВС, такие котлы называются двухконтурными. Удобно, если допускается эксплуатация агрегата при отключенной системе отопления, только для нагрева воды, что позволит использовать его летом. Обычно такие модели комплектуются дополнительно ТЭНами, встроенными в теплообменник.

Материал корпуса

Твердотопливные котлы длительного горения обычно имеют корпус из стали толщиной от 3 до 8 мм.

• Но некоторые производители предлагают котлы из чугуна, которые имеют ряд преимуществ:
• чугун имеет повышенную коррозионную стойкость по сравнению со сталью, чугунным котлам не страшна низкотемпературная коррозия;
• чугунные котлы с кованным теплообменником не имеют сварных швов, в которых чаще всего начинается разрушение стали;
• более толстые стенки чугунных агрегатов не подвержены прогоранию и деформации;
• благодаря большей толщине они дольше не остывают, что позволяет поддержать температуру в системе во время перерыва на чистку котла.

• Недостатки у чугунных моделей тоже есть:
• они значительно тяжелее, в 2-2,5 раза;
• цена выше, чем у стальных, примерно на 50-70%.

Требования к топливу

Большинство современных моделей пиролизных котлов оснащены автоматическим регулированием режима горения. Длительность горения зависит от вида топлива. Как правило, при топке сухими дровами газогенератор может работать на одной загрузке до 12 часов, а на угле — около суток. Использование опила, стружки, отходов деревообработки несколько снижает время горения без дозагрузки.

Дрова должны быть сухими, с влажностью не более 16%. При использовании пеллет или брикетов такая влажность гарантирована производителем, дрова необходимо сушить в тени не менее года.

Основные разновидности

Тип оборудования для обогрева определяет его эксплуатационные свойства, параметры, требования к техобслуживанию. От конструктивного исполнения зависят габариты, область применения техники.

Классический дровяной для отопления частного дома

Наиболее распространенный вариант, отличающийся простотой конструкции, энергонезависимостью, способностью работать со всеми видами горючего. Для терморегуляции задействуются механический привод и заслонка.

Классический дровяной котел отличается простотой конструкции.

С дополнительной тягой

Для более полного сгорания топлива предусматривается принудительная подача воздуха в топку или оснащение агрегата дымососом (вытяжкой для продуктов сгорания, усиливающей тягу). Это увеличивает производительность, снижает расход горючего.

Пиролизный

Газогенераторные модели имеют 2 камеры сгорания: для твердого топлива и выделяемого на первом этапе горючего газа. Такое исполнение обеспечивает экологичность, энергоэффективность установки, повышает ее КПД до 95%. Можно использовать топливо любой фракции при условии контроля его влажности.

Пиролизный котел имеет 2 камеры сгорания.

Длительного горения

Оборудование оснащено колосниками с водяным охлаждением, системой удаления дыма с конвекционными каналами, блоком управления и вентилятором для подачи воздуха. Котлы отличаются 90‑95%-ным КПД, временем автономной работы до 48 часов, отсутствием сложной электроники, что повышает надежность агрегатов.

Автоматический

Подача топлива автоматизирована, выполняется при помощи шнекового конвейера или пневматического транспортера из внешнего бункера, в котором оно хранится в большом объеме. Применяется сложная электроника, контролирующая температуру теплоносителя. Доступна функция дистанционного управления.

Автоматический котел — один из самых удобных агрегатов в использовании.

Пиролизное горение

Пиролизные котлы длительного горения позволяют увеличить эффективность сжигания дров. Вот их принцип работы:

• Топливо сгорает в основной камере сгорания с минимальным количеством кислорода;
• Выделяющиеся в результате такого горения продукты пиролиза поступают в камере дожигания;
• В камере сгорания происходит сгорание пиролизных газов с выделением большого количества тепла.

Далее тепловая энергия отбирается жаротрубным теплообменником.

Мощный вентилятор и блок управления освободят Вас от необходимости постоянно регулировать процесс горения, да к тому же позволят котлу работать с куда большим КПД.

Главным достоинством пиролиза является возможность реализации длительного горения за счет регулировки интенсивности пиролизной реакции. Для этого в системе устанавливается дутьевой вентилятор. Когда он включается, в камере дожигания образуется факел высокотемпературного пламени, начинается прогрев теплоносителя. Как только автоматика зарегистрирует достижение заданной температуры, дутьевой вентилятор остановится – котел медленного горения приостановит свою работу, минимизируя затраты на топливо.

Реализация пиролизной схемы горения в котлах на дровах довольно сложная, зато она позволяет достигнуть длительного горения и автоматической регулировки температуры в контуре. Если хочется обойтись без автоматики, то интенсивность придется регулировать вручную, с помощью шиберных заслонок и поддувала.

Преимущества и недостатки твердотопливного котла

Основным аргументом в пользу котлов на твердом топливе, который приводят мастера, специализирующиеся на отопительном оборудовании, становится доступность горючего и разнообразие его видов. При отсутствии возможности подключения к газовой магистрали котельная, работающая на дровах, угле, торфе, — эффективное и сравнительно недорогое решение.

Потребители отмечают следующие достоинства этого вида техники:

• возможность выбора оптимальной модели с учетом особенностей применяемого топлива, требуемых характеристик;
• энергонезависимость;
• способность стабильно работать в сложных эксплуатационных условиях (в пыльных помещениях, во время проведения строительных или производственных работ);
• отсутствие необходимости в предварительном оформлении разрешительных документов перед установкой котла.

При этом твердотопливные агрегаты требуют регулярной подачи топлива и чистки от золы. Они автономно работают 5‑12 часов, после этого пламя в топке затухает. Устранить этот недостаток можно установкой пиролизного агрегата.

Организованная на базе такой котельной система обогрева требует детальных расчетов, учета действующих требований безопасности при эксплуатации и монтаже. Регулярное техобслуживание — гарантия надежной безаварийной работы установки.

Обзор лучших котлов верхнего горения

В настоящее время производство твердотопливных котлов значительно расширилось и выбору потребителей представлено множество моделей зарубежных и отечественных фирм. Рассмотрим лучшие из них.

Стропува

Stropuva

Котлы болгарского предприятия Stropuva — это компактные агрегаты с высоким КПД. Устройства оснащены нагнетательным вентилятором. Цилиндрической формы корпус имеет конструкцию шахты. Устройства отличаются превосходными эксплуатационными характеристиками в сочетании с отличным дизайном. Универсальные котлы могут отапливать дровами, торфом или прессованными брикетами. Мощность моделей 8-40 кВт, отапливаемая площадь 30-400 кв.м. Допустимая влажность топлива может достигать 45%, что вполне соответствует современным требованиям.

Liepsnele

Котлы верхнего горения Liepsnele

В Литве изготавливают котлы длительного горения на твердом топливе универсального типа, т.е., работающих на любом виде топлива. Мощность агрегатов варьируется в диапазоне 10-40 кВт, отапливаемая площадь до 400 кв.м. Максимальное время работы на одной закладке углей составляет до 7 суток, дров — до 2 суток. Конструкция котлов — классический шахтный тип с верхним горением. Котлы Liepsnele обладают высоким КПД, не менее 90%, независимо от типа топлива и выбора рабочего режима.

Неделька

Модельный ряд котлов Неделька

Котлы прямоугольной формы, имеют привлекательный дизайн и компактные размеры. Для более полного теплосъема предусмотрены каналы, по которым проходят нагретые дымовые газы. Российские котлы верхнего горения, способные работать на одной загрузке угля до 7 суток.

Котел неделька

Компания Неделька предлагает четыре варианта котлов с различной мощностью, предполагающие отопление помещений разной площади: 50-250 кв.м., 150-400 кв.м., 400-800 кв.м., 800-2000 кв.м.

Виды котлов на твердом топливе

Производители предлагают множество вариантов котлов, работающих на твердом горючем. Современные технологии позволили сделать котлы более производительными и эффективными. Как правило, их КПД варьируется от 90 до 96%. Хотя во многом продуктивность котельного оборудования зависит от типа используемого топлива.

Дровяные котлы

Представляют категорию самых бюджетного оборудования на твердом топливе. Зачастую их конструкция выполнена из стали толщиной от 3 до 6 мм. Тепловая энергия выделяется в процессе сжигания твердого топлива без применения дополнительных технологий горения.

Такие котлы работают на угле или дровах. Также дровяные модели могут снабжаться варочной поверхностью для приготовления еды.

Основные характеристики дровяных котлов:

• КПД 70-80%
• Продолжительность работы на одной загрузке – 4-6 часов на дровах, до 12 часов на угле.

Котлы длительного горения

Популярное оборудование, которое часто применяют в современных домах. Классические модели длительного горения снабжены эффективной системой теплообмена и многоходовыми теплообменниками, укомплектованы автоматикой.

Большинство котлов снабжено форсунками, которые обеспечивают многоступенчатую подачу воздуха в область горения. За счёт наличия автоматики и вентилятора точно регулируется поток воздуха, и как результат – контролируется режим горения.

Котел длительного горения имеет особую конструкцию топки, за счёт чего практически на 100% используется тепловая энергия, которая выделяется в процессе горения топлива. Изменять температуру теплоносителя можно вплоть до 1 градуса.

Котлы верхнего горения

В таких котлах твердое топливо сгорает сверху вниз. Нижние слои не начнут тлеть, пока верхние полностью не прогорят. Таким образом горение локализовано в определённой области и не распространяется на всю камеру. Как результат – более качественное и полное сгорание твердого топлива с минимальными остатками золы. Котлы верхнего горения отличаются большой продолжительностью работы на одной закладке горючего и равномерным прогревом в течение всего рабочего цикла.

Основные характеристики котлов верхнего горения:

• КПД от 85%
• Продолжительная работа: на одной закладке дров – до 24 часов, на одной загрузки угля – до 5 суток.

Шахтные котлы

Еще одна вариация котлов длительного горения. Их выбирают за экономичность и длительную работу на одной загрузке твердого топлива. Как правило, такие котлы изготовлены из листовой стали толщиной 4 мм. Конструкция котла построена по принципу конвекционных каналов, которые расположены позади топки. Такая технология необходимо для долгой задержки дымовых газов, что обеспечивает более качественный съем тепловой энергии.

Основные характеристики шахтных котлов:

• КПД более 85%;
• Длительная работа на одной загрузке топлива: до 14 часов на дровах, до 24 часов на угле.

Пиролизные котлы

Современное оборудование, в котором зажигание происходит в две стадии. В таких котлах предусмотрены две камеры сгорания. Один резервуар служит для сгорания твердого топлива с ограниченным поступлением кислорода. В таких условиях выделяется значительное количество пиролизных газов. Они направляются во вторую камеру, где происходит их сгорание с дополнительным выделением еще одной порции тепла.

Существенная особенность пиролизных котлов – необходимость использования исключительно сухих дров. Их влажность не должна превышать 20%. В обратном случае КПД котла будет значительно снижен.

Основные характеристики пиролизного котла:

• КПД от 92%;
• Продолжительность работы на одной загрузке дров до 18 часов.

Пеллетные котлы

Данная разновидность котлов максимально автоматизирована и не требует участия человека. Владельцу дома достаточно загрузить твердое топливо в бункер, который подсоединен к котлу. Котельное оборудование работает на спрессованных древесных гранулах – пиллетах. Они подаются в горелку из бункера. В таких котлах автоматизировано всё – подача гранул, розжиг, тушение огня в горелке и т.д.

Длительность работы котла на одной загрузке зависит от объёма бункерного резервуара. Если бункер имеет объем 250 л, то его хватит на работу не менее трёх суток. Если организовать непрерывную подачу пиллет в область горения, котел может работать несколько месяцев.

Пеллетные котлы работают на нескольких вариациях топлива – агропеллеты, древесные пеллеты, уголь мелкой фракции и т.д.

Основные характеристики пеллетных котлов:

• КПД примерно 96%;
• Продолжительность работы на одной загрузке – 3-5 дней.

Конструкция котла

Любой котел длительного горения состоит из двух камер. В первой тлеют дрова, во второй сжигается пиролизный газ. При этом обе топки выделяют тепловую энергию, поэтому коэффициент полезного действия данного вида оборудования составляет в среднем 85%.

Этот показатель можно регулировать в диапазоне 50-105% в зависимости от настройки режима работы прибора. А точнее сказать, от настройки подачи воздуха (кислорода) в обе камеры сгорания.

Конфигурация и внутреннее устройство

Устройство агрегатов длительного горения может быть разным в чисто конструктивном исполнении. Они могут быть прямоугольного сечения или круглого, топки могут располагаться одна над другой или рядом друг с другом в горизонтальной плоскости.

Зона розжига может быть расположена сверху закладки топлива или снизу, кислород подается сбоку или струйно снизу через специальное трубное устройство с отверстиями.

Преимущества и недостатки твердотопливных котлов верхнего горения

Котлы с верхним горением уже более 15 лет обеспечивают пользователей теплом. За это время они полностью подтвердили свою эффективность, которая обеспечивается следующими факторами:

• когда происходит закладка топлива, распределитель поднимается вверх, а после розжига опирается на дрова и опускается по мере их прогорания;
• в месте поступления воздуха, происходит неполное окисление углеводородов. Газ с частицами пепла переносится в верхнюю часть топочной камеры. Там к нему присоединяется кислород, в результате чего он дожигается и отдает оставшееся тепло;
• в начале камеры для сжигания газа, находится регулятор тяги. С его помощью автоматически определяется температура воды и регулируется скорость сгорания летучих соединений.

Котлы имеют следующие преимущества:

• длительное время работы и минимальное количество загрузок;
• энергонезависимость за счет работы с естественной циркуляцией и природной тяги;
• универсальность некоторых агрегатов в плане топлива: уголь, дрова, стружки, торф и др.;
• небольшое количество топлива способно обеспечить высокую эффективность работы;
• автоматизированная непрерывная работа котла для снабжения горячей водой и теплом;
• отсутствие сложных механизмов делает эксплуатацию котла простой даже для новичков;
• высокий уровень безопасности;
• длительный срок службы от 10-15 лет и более.

Котел верхнего горения имеет высокий уровень безопасности

Недостатки твердотопливных котлов с верхней загрузкой:

• высокая стоимость по сравнению с другими установками;
• чувствительность к изменениям температуры теплообменника. Возможно появление конденсата и окисление стальных элементов;
• повышенная зольность может засорять зону горения и снижать уровень теплоотдачи;
• необходимо регулярно вручную прочищать дымоход и зольник;
• неудобная закладка дров из-за конструктивных особенностей;
• нельзя загружать топливо больших размеров, например, не колотые дрова;
• топливо должно быть полностью сухим, поэтому нужно продумывать условия его хранения;
• неполная загрузка делает неудобным розжиг, т.к. топка достаточно глубокая;
• нельзя проводить дозагрузку, если процесс уже запущен;
• опорная балка и диск, служащие перегородкой между зонами горения твердого топлива и газа быстро выходят из строя.

Как видите, твердотопливные котлы верхнего горенияне лишены минусов, поэтому прежде, чем приобретать такое устройство, хорошо взвесьте все за и против.

Лучшие модели котлов отопления длительного горения на твёрдом топливе

В следующей таблице приведены наиболее популярные модели твердотопливных котлов отопления длительного горения, работающих в том числе и на дровах, по мнению нашей редакции, и подтверждённые отзывами реальных пользователей.

Модель	Вид котла или топлива	Место в рейтинге, по мнению редакции сайта Tehno.guru
«BuderusLogano G221-40»	шахтные	3/9,7
«Candle S-18kW»	2/9,8
«STROPUVA S 40»	1/9,9
«Гейзер ПК-10»	пиролизные	3/9,6
«ViessmannVitoligno 100 VL1A025 30 кВт»	2/9,7
«Буржуй К ТА 20»	1/9,8
«ViadrusHercules U22D-4»	работающие на дровах	3/9,5
«Stropuva S10»	2/9,7
«BuderusLogano S111 20»	1/9,9

Особенности загрузки топлива и эксплуатации

Сборка системы отопления

От простого котла, где полноценное воздухоснабжение необходимо по всему объему сжигания топлива, конструкция длительного горения, как отмечалось ранее, отличается ограниченностью этой подачи. Более того, объем загрузки непосредственно влияет на время горения, поэтому в нашем случае топочная загружается предельно плотно, чтобы не оставалось промежутков.

Топка изнутри

Топливо загружается в такой последовательности.

Загрузка котлаПробная топка котла

Шаг 1. Снимается верхняя крышка конструкции.

Шаг 2. Извлекается воздушный регулятор.

Шаг 3. Котел загружается топливом по уровень дымоходной трубы.

Шаг 4. Сверху топливо поливается небольшим количеством жидкости для розжига (соляркой, отработанным маслом и проч.).

Шаг 5. Воздушный регулятор устанавливается обратно, сверху надевается крышка.

Шаг 6. Воздушная заслонка открывается до предела.

Шаг 7. Поджигается кусок бумаги, бросается внутрь конструкции. Когда топливо начинает тлеть, воздушная заслонка закрывается.

Система отопления. ОбвязкаСистема отопления. Обвязка

О том, что началось перманентное горение, можно судить по появившемуся из дымоходной трубы дыму. По мере сжигания топлива труба меньшего диаметра будет опускаться вместе с воздушным регулятором – по этому своеобразному индикатору и можно определить количество оставшегося топлива.