Своими руками котел на твердом топливе. Принцип работы твердотопливных котлов и их устройство

Своими руками котел на твердом топливе. Принцип работы твердотопливных котлов и их устройство

Твердое органическое топливо является самым древним источником энергии для человечества. Отказаться от него полностью, даже в современном мире, невозможно. Тем более, что кроме дров и каменного угля сегодня появилось множество других видов горючих твердых веществ:

• брикеты из торфа – высушенный и спрессованный торф выделяет много тепла при сгорании;
• брикеты из отходов деревообрабатывающего производства – сжатые опилки, стружка и кора деревьев;
• березовый уголь – такой же, как для мангала;
• переработанный мусор со свалок;
• топливные отопительные гранулы – мелкое топливо, полученное прессованием опилок. Могут подаваться автоматически;
• обычные сухие опилки.

Различные варианты сырья для использования в твердотопливных котлах

Ясно, что все это топливо получено путем переработки различных отходов, что решает проблему утилизации на предприятиях и идет в русле «зеленой» экономики.

В результате деятельности человека образуется колоссальное количество отходов, которые могут быть преобразованы в высокоэнергетическое топливо, что и обусловило появление на рынке котлов отопления на твердом топливе длительного горения. В отличии от обычных печей, эти агрегаты работают не на сгорании самого топлива, а на его расщеплении в результате нагревания. В рабочей камере таких котлов сгорают газообразные продукты распада твердого топлива. Такая схема работы является в несколько раз более эффективной, чем обычное сжигание органического топлива. Пиролизный газ, отдает большое количество энергии.

Принцип работы твердотопливного котла длительного горения

Устройство такой газогенераторной установки не очень сложное. Можно даже соорудить своими руками котел твердотопливный длительного горения. Чертеж простейшего варианта выглядит следующим образом:

• закрытый цилиндрический бак, который имеет люк для закладки топлива, поддувало и отверстие для установки дымохода;
• внутри бака расположен распределитель воздуха, который создает завихрение пиролизного газа. Он крепится к подвижной телескопической трубе. Вся эта конструкция, похожая на поршень, давит на топливо сверху. Сгорание газа происходит над поршнем, а топливо тлеет под ним;
• теплообменник встроен в верхней камере, где достигается максимальная температура.

Медленное тление твердого топлива происходит в нижней камере. Оно достигается регулировкой подачи воздуха в поддувало. Выделяемый газ интенсивно горит в верхней камере и нагревает теплоноситель.

Схема системы отопления частного дома с использованием твердотопливного котла

Котлы на твердом топливе длительного горения могут быть незаменимы в частных домах, в хозяйственных сооружениях, гаражах и теплицах. Особенно они будут выгодны там, где имеется крупное деревоперерабатывающее производство, так как отходы на таких предприятиях отдают практически бесплатно. Необходимы эти агрегаты и в местностях, где бывают регулярные перебои с газоснабжением. У таких установок есть много преимуществ, но существует и один важный недостаток – очень высокая стоимость. Именно поэтому сегодня актуально изготовление своими руками котлов твердотопливных длительного горения. Чертежи для этого можно использовать разной степени сложности. Это зависит от уровня мастерства.

Котел из трубы своими руками

Железный котел, сваренный из металлической трубы, устроен весьма просто. Подготовительные работы в этом случае ограничиваются только изучением нескольких чертежей этих устройств, а также приобретением всех требуемых расходных материалов.

Практически всегда такие котлы производятся из металлической трубы довольно большого диаметра. Удобнее всего взять диаметр приблизительно 500 мм, вполне подходящим станет отрезок длиной не более одного метра. За счет этого можно получить прибор, который может создать комфортную температуру в помещении, объем которого составляет порядка 15 кубических метров или приблизительно 9 квадратных метров.

Для производства такого котла не удастся обойтись без следующих инструментов:

1. Сварочный аппарат инверторный или электрический;
2. Угловая шлифовальная машина или болгарка;
3. Отрезные круги по металлу для болгарки.

Устройство твердотопливного котла для бани

Сначала подготавливают трубу:

1. На первом этапе изготавливают три опоры, которые будут стоять параллельно поверхности земли на трех различных уровнях. Для этого нужно взять три куска арматуры, диаметр которой должен составлять 14 мм, а длина по 3 см. Первый уровень требуется для того, чтобы установить печь. Второй ставится в зависимости от того, где будет расположена дверца поддувала. Третий устанавливают в 20 см от верхнего края трубы;
2. В роли дна выступает круг необходимых размеров , который вырезается из стального листа, чья толщина составляет минимум 5 мм;
3. Для колосниковой решетки, через которую будут проваливаться продукты горения , а также поступать кислород, требуемый для поддержания горения, потребуется круг из листового металла. Берется уже перфорированный лист либо в нем делаются прорези;
4. Крышка печи выступает в качестве опоры для камней, поэтому ее тоже делают из листовой стали толщиной от 5 мм. В центральной части нужно пропилить отверстие, в которое вставляют дымоходную трубу;
5. В нижней части будущего котла изготавливают прорезь для установки дверки;
6. Вместо дверки в некоторых случаях устанавливают короб , через который в котел будет подаваться топливо.

Твердотопливный котел длительного горения своими руками чертежи. Чертежи твердотопливных котлов длительного горения

Продолжительную работу устройства с теплообменником на одной партии дров обеспечивает специальная конструкция:

• увеличенная емкость топливной камеры – вмещает в 2 раза больший объем закладки;
• нестандартное направление разжигания – дрова прогорают вертикально вниз.

Огонь охватывает верхний слой топлива. За счет дозированной подачи воздушного потока образуется ровное, несильное пламя. Нижний объем закладки постепенно нагреваются по мере прогорания дров.

Классический

В стандартных чертежах устанавливают тепловой генератор в форме цилиндра . Прямоугольный корпус для классических котлов длительного горения не подходит.

Оборудование работает следующим образом:

• топочную камеру наполняют дровами и разжигают сверху;
• в процессе прогорания топлива посредством телескопической трубы на него опускается груз с отверстием для циркуляции воздуха;
• кислород через дымоход поступает в топку под воздействием естественной тяги или вентилятора;
• теплообменника в классической схеме нет , вода для отопления нагревается напрямую.

Помимо дров для растопки используют торф или кокс.

Фото 1. Классический твердотопливный котел длительного горения с дровами в топочной камере и отсутствием теплообменника.

Пиролизный

В газогенераторных приборах дрова тлеют медленнее. Происходит выделение горючего дыма, который поступает в отдельную зону и вырабатывает дополнительную тепловую энергию. Конструкция включает:

• Загрузочную камеру. В ней происходит процесс пиролизного сжигания топлива.
• Отсек дожига. Здесь сгорает газ.
• Теплообменник. Выполняют в виде «рубашки». Внутри теплообменника нагревается вода для последующего выхода в сеть.
• Устройство подачи воздуха. Обеспечивает поступление первичного (в топку) и вторичного (в камеру дожига) потока.
• Дроссельная заслонка. Для регулировки скорости и объема кислорода на этапе первого розжига топлива.
• Приспособления для управления температурой и мощностью оборудования.

Две камеры разделяет огнестойкое перекрытие с форсункой и отверстиями. От вторичного воздушного потока зависит скорость нагрева воды внутри теплообменника.

Фото 2. Пиролизный котел, оснащенный загрузочной камерой, теплообменником, камеры разделены огнестойким перекрытием.

Шахтный

Устройства, работающие по принципу обычного сжигания топлива , проще пиролизных. Конструкция включает:

• Топку. Эта зона занимает от 50% объема оборудования и чаще имеет прямоугольную форму. Ее высота незначительно меньше длины целой конструкции.
• Люк для загрузки топлива. Его устанавливают сверху или сбоку относительно топки.
• Зольник. Камера, куда естественным путем попадает зола с остатками углей. Ее оборудуют под топкой.
• Колосник. Выполняет функцию разделительной решетки между внутренними секциями котла.
• Дверца. Размеры подбирают с учетом возможности одновременного доступа и к зольной, и к нижней части топочной камеры. Чтобы регулировать объем воздуха, на дверцу устанавливают шибер.
• Секция с теплообменником. В проектах шахтных котлов используют конструкции водяного или жаротрубного типов. В камере теплообменника выполняют отверстие для поступления угарных газов.
• Дымоходная труба из металла или кирпича с заслонкой.

После загрузки и розжига топливо выделяет горючие газы. Через отверстие они поступают в камеру с теплообменником, нагревая последний. Дым отдает энергию и выходит наружу через трубу, а горячая вода поступает в отопительную сеть.

Фото 3. Котел длительного горения шахтного типа с теплообменником, в котором топливо выделяет горючие газы после розжига.

Шахтный котел длительного горения своими руками чертежи. Принцип работы

Прежде чем мастерить твердотопливный котёл своими руками, неплохо разобраться, как работают котлы промышленного изготовления, и чем обусловлена их повышенная эффективность. КПД, заявленный в паспортной документации на котлы, часто превышает 90%. Причина этого — длительное и почти полное сжигание топлива.

В обычных твердотопливных моделях, работающих на дровах, угле или пеллетах, камера сгорания общая, в ней происходит разогрев и горение топлива до состояния золы. Дым, выделяющийся при этом, поступает сразу в дымоход, а оттуда — в трубу. Площадь контакта пламени со стенками котла в таких моделях невелика, и они не успевают как следует прогреться. В итоге значительная часть тепла уходит с дымом в атмосферу.

В котле длительного горения процесс сжигания дров разделен на этапы. Сначала происходит нагрев их до температуры около 300 градусов. От нагрева нарушается связь между волокнами древесины, выделяется дым, насыщенный парами влаги и горючими газами, а сами поленья обугливаются.

Горючие газы — это смесь соединений углерода, серы и водород, при наличии в топке достаточного количества кислорода они ярко горят с выделением тепла. Этот процесс называется пиролизом, а сами котлы — пиролизными.

Зону в пиролизных агрегатах, где происходит разложение древесины, называют газогенератором. Чтобы избежать воспламенения дымовых газов в газогенераторе, доступ кислорода к дровам ограничивают. Газы посредством тяги или принудительного наддува поступают в отдельную зону топки, которая называется камерой дожига, где и сгорают. Вокруг камеры расположен теплообменник, который быстро нагревается, после чего вода из него поступает в систему отопления.

Достоинства пиролизных котлов промышленного производства, работающих на дровах:

• экономия топлива — они могут работать на одной загрузке от 6 часов до 5 суток;
• высокий КПД, 90-95%;
• экологичность — в дыме содержится мало вредных для атмосферы газов и сажи;
• безопасность — дым на выходе имеет температуру 120-160 градусов Цельсия;
• высокий уровень автоматизации процесса.

Недостатки покупных котлов длительного горения:

• склонность к появлению конденсата на стенках теплообменника и дымохода;
• высокие требования к влажности топлива — не более 16%;
• высокая цена, иногда в 1,5-2 раза превышающая стоимость обычных твердотопливных котлов.

Котлы длительного горения имеют такую высокую эффективность благодаря особенностям конструкции и происходящим в них физическим процессам. Для их производства не нужны дорогостоящие материалы или сложные технологии. Большинство котлов выполнены из листовой стали и имеют сварную конструкцию. Поэтому, имея навык работы со сварочным аппаратом, такой котёл можно сделать своими руками.

Самодельный котел на дровах чертежи. Каков реальный КПД твердотопливных котлов

Производители отопительного оборудования, в частности твердотопливных котлов, предлагают большой ассортимент продукции с различными характеристиками.

Исходя из конструкции котла на твердом топливе, все изделия можно разделить на такие группы:

• традиционные отопительные агрегаты;
• дровяные котлы с пиролизным типом горения (газогенераторные);
• длительного горения;
• пеллетные.

Традиционный котел на твердом топливе, самодельный в том числе, по внешнему виду напоминает печь или буржуйку с самыми необходимыми элементами – топочной камерой, дверцей, зольником и дымоходом. С помощью зольника можно регулировать тягу, открывая и закрывая заслонку. Такие конструкции считаются достаточно надежными, поскольку в них нет никаких технологичных элементов, например термодатчиков или градусников, автоматического блока управления или электроники. В данном случае основным элементом конструкции твердотопливного котла является теплообменник, передающий тепловую энергию теплоносителю. Теплообменник бывает трубчатым или изготавливается в виде емкости из сплошных стальных листов.

Есть, однако, и более сложные устройства, которые тоже можно отнести к традиционным. Они оснащены перегородками и дроссельными заслонками, чтобы тягу было удобнее регулировать, а горячий воздух проходил большее расстояние до момента выхода в дымовую трубу. Такие перегородки существенно увеличивают КПД котла, поскольку больше тепловой энергии передается теплоносителю, а не просто «вылетает в трубу». Нужно понимать, что КПД котла это очень важный показатель.

Для подобных котлов можно использовать практически любое топливо – дрова, уголь, пеллеты и даже мусор. Главное, чтобы оно было как можно суше. С точки зрения производительности котлы простых конструкций едва ли могут претендовать на 50 % КПД, а в большинстве случаев он составляет всего лишь 15-20 %. Проблема заключается в том, что топливо слишком быстро сгорает, не успевая передать всю тепловую энергию воде в теплообменнике. В результате, большее количество тепла просто выводится в дымоход или его избыток заставляет теплоноситель закипать. Например, дрова нужно добавлять в топку каждый час, а угля хватит на 2-4 часа, но все равно он сгорает с избытком энергии и большими теплопотерями.

Более экономными и производительными являются современные котлы с перегородками и дроссельными заслонками. В них температуру сгорания топлива можно регулировать, а одной загрузки топлива хватает на 8-12 часов. Поэтому КПД таких установок нередко достигает 80 %.

Видео идеальный КОТЕЛ на твердом топливе.