Схема твердотопливного котла: принцип работы и особенности конструкций

Проверенным и классическим источником тепла при организации отопления в частном доме является агрегат на твердом топливе. Одни приобретают уже готовый вариант теплогенератора, а другие — самостоятельно изготавливают оборудование. В любом случае сначала выбирается и изучается схема твердотопливного котла. Чтобы подобрать генератор тепла для объекта, необходимо рассмотреть общие особенности работы таких устройств, распространенные конструктивные схемы и нюансы их обвязки.

Многие автономные отопительные системы оснащают именно твердотопливными генераторами тепла, в которых происходит сжигание органического горючего:

• торфа;
• бурого угля;
• дров и древесных отходов, включая щепу и опилки;
• пеллет.

Твердое топливо — классический и один из самых доступных видов горючего. Поэтому котлы для его сжигания популярны в разных частях страны. Они незаменимы, если район не газифицирован или часто прекращают подачу электрической энергии.

Любая конструкция твердотопливного котла подразумевает наличие:

• теплообменного узла;
• топочного отделения, оснащенного дверцей;
• колосниковой решетчатой конструкции;
• зольника вместе с лючком для очистки.

Чтобы обеспечить нагрев помещений и всего объекта в целом сначала в топку закладывают топливо. Потом его поджигают. Когда происходит горение древесины или другого органического горючего, выделяется оксид углерода без цвета и запаха.

Процесс сопровождается повышением температуры. Продукты горения устремляются в верхнюю часть теплогенерирующей установки, где подсоединен дымоход. Горячие газы, перемещаясь по внутренним каналам конструкции, нагревают котловой теплообменник. В результате посредством теплопередачи повышается температура теплоносителя.

На заметку! Часто твердотопливный генератор тепла оснащают температурными датчиками. Обычно их размещают на патрубках, к которым подключаются трубопроводы.

Конструкции твердотопливных котлов отличаются:

• направлением горения органического горючего;
• используемым материалом;
• функциональностью.

При организации обогрева помещений домовладельцы стремятся выполнить установку максимально эффективного генераторы тепла. Однако у большинства котельных агрегатов простой конструкции КПД не превышает 50%. У многих устройств этот показатель может даже составлять всего лишь 20%. На его значение влияет именно конструкция теплогенератора.

К этой разновидности относят самые распространенные твердотопливные генераторы тепла. Они считаются классическими вариантами оборудования. Их отличительная черта — простая конструкция и невысокая цена. Чертежи агрегатов прямого горения легко найти в интернете. Поэтому их чаще всего домовладельцы создают самостоятельно.

При производстве используют схемы твердотопливных котлов надувных и в энергонезависимом исполнении. Первый тип агрегатов отличается принудительным нагнетанием воздуха, а второй — работает за счет естественной тяги дымоотводящего канала.

Надувные котлы на твердом топливе оснащают вентилятором, который подает воздух, необходимый для процесса горения. У таких устройств КПД составляет порядка 75%.

Агрегаты с естественной тягой работают так же, как и обычная печка. Основным отличием является наличие водяной рубашки. Именно благодаря ей обеспечивается нагрев теплоносителя для системы отопления.

Воздух естественным образом поступает в объемное топочное отделение, когда приоткрывается дверца зольника, который располагается в нижней части конструкции. Он просачивается в топку через колосниковую решетку. Для регулировки открытия дверцы зольника теплогенератор может быть оснащен цепным приводом с термостатом, который контролирует нагрев водной среды в котловой рубашке.

Устройства прямого горения оснащают горизонтально и вертикально расположенными жаровыми трубами. По ним движется горячий дым, а их поверхности омывает тепловой носитель. Такое устройство обеспечивает энергонезависимым установкам КПД не более 70%.

У стандартных агрегатов, сжигающих органическое твердое горючее, корпус имеет вид вертикально расположенного цилиндра. Воздух поступает в устройство через верхнюю дверцу. Потом он движется в нижнем направлении через трубу телескопической конструкции. Процесс горения твердого топлива тоже происходит сверху вниз.

В конструкции теплогенераторов верхнего горения присутствует подвижный распределитель. Он опускается по мере прогорания органического горючего и под воздействием собственной массы. Поэтому топливо постоянно находится под давлением, что позволяет ему сгорать частями. В процессе его тления выделяется большое количество газа.

Эта разновидность теплогенерирующих твердотопливных устройств похожа на обыкновенную печь, в которую закладывают дрова. Каждый котел с варочной поверхностью позволяет:

• обогревать комнату конвекционным способом или сразу несколько помещений посредством теплового носителя, для перемещения которого выполняют монтаж трубопроводной системы вместе с радиаторами;
• нагревать воду для бытовых нужд, если схема работы твердотопливного котла предусматривает наличие в конструкции соответствующего контура и подсоединение к трубопроводам ГВС;
• приготавливать разные блюда на варочной металлической поверхности.

На заметку! Для изготовления плиты, которая всегда находится над топочной камерой, применяют чугун, так как обыкновенная сталь деформируется при нагреве.

В конструкции котла с варочной поверхностью присутствует регистр в виде змеевика. Он также может представлять собой водяную рубашку. Изготавливают котловой теплообменник из любого прочного металла.

Работа этой разновидности генераторов тепла основана на использование 2-х камер для сжигания. В верхнем первичном отделении горит органическое топливо. В эту камеру воздух в ограниченном количестве нагнетает вентилятор. В ней происходит пиролиз. Этот процесс представляет собой газификацию. Другими словами, образуются горючие газообразные вещества.

В дальнейшем смесь газов попадает во второе нижнее отделение. В нем происходит ее дожигание при подаче вторичной воздушной массы. Из этой камеры продукты горения перемещаются в жаротрубный теплообменный аппарат. Он представляет собой вертикально расположенные газоходы, вокруг которых находится водяная рубашка. Дымовые газы в нем остывают, потому что отдают тепловую энергию теплоносителю. Потом продукты сгорания попадают в дымоход и выводятся на улицу.

В конструкции пиролизных котлов обычно имеется контроллер. Это электроблок, управляющий работой вентилятора благодаря обработке данных, которые поступают от датчика температуры и давления.

Важно! Агрегаты пиролизного горения характеризуются КПД около 80%, если сжигаются исключительно сухие дрова. При этом их цена намного выше, чем у классических моделей.

Это отдельная группа генераторов тепла, в которую входят дорогие установки, так как они представляют собой прогрессивные устройства. Их максимальный КПД составляет 85%. Они также отличаются:

• автоматизированной работой;
• отсутствием инертности;
• длительным функционированием на одной загрузке, потому что топлива из полного бункера хватит для работы в течение от 3 до 7 дней.

Такие теплогенерирующие установки оснащают ретортной или факельной горелкой. В обоих случаях агрегаты конструктивно похожи на газовые устройства. Теплопередача в них организовывается с помощью жаротрубных теплообменных аппаратов. Однако для достижения высокого КПД в котельных агрегатах используется исключительно сухое и высококачественное горючее. Его дозировку и процесс сжигания контролирует специальная автоматика.

На заметку! При использовании даже незначительного количества влажных пеллет резко уменьшается эффективность теплогенератора.

Если посмотреть на пеллетный твердотопливный котел в разрезе, тогда можно быстро понять его конструктивные особенности. К основным частям такого генератора тепла относится:

• горелка;
• камера сгорания;
• бункер для топлива;
• дозатор пеллет;
• электрический двигатель;
• шнек;
• водяная рубашка;
• отсек для выхода продуктов горения;
• канал для подачи воздушной массы.

Этот вариант котельных агрегатов на твердом топливе представляет собой кирпичную печку, в которую встроен регистр. Для установки теплообменника в генераторе тепла используют одно из следующих мест:

• топочное отделение увеличенных размеров, в котором размещают регистр из жаростойкого металла толщиной минимум 3 мм;
• камера дожига, если не требуется подогревать воду до очень высоких температур.

Кирпичные котлы часто оснащают накопительным резервуаром вместо трубчатого змеевика. В их конструкции обязательно присутствует дымоотводящий канал с регулятором тяги ручного действия.

Важно! Мощность кирпичных агрегатов напрямую зависит от их размера.

Обычно твердотопливные теплогенераторы не используют для прямого подогрева воды, которая через систему ГВС подается в смесители. Однако все же можно встретить модели со вторым змеевиком. В некоторых двухконтурных устройствах его размещают в водяной рубашке. В таком исполнении нагревать воду будет теплоноситель. Существуют также варианты генераторов тепла, в которых второй змеевик размещают в топке или над ней.

Несмотря на возможность купить двухконтурный твердотопливный котел, лучше использовать отдельно косвенный бойлер. Он будет не только подготавливать воду для бытовых целей, но и выполнять функцию теплоаккумулятора. Если же все-таки принято решение приобрести двухконтурный агрегат, тогда нужно быть готовым, что он может не обеспечить требуемое количество ресурса для ГВС.

При реализации схемы обвязки твердотопливного котла используют два его патрубка. К первому из них подсоединяют подающий трубопровод внутридомовой системы отопления, а ко второму — подключают обратку.

При обвязке выполняют следующие действия:

• на резьбу патрубка подачи и обратки наматывают паклю из льняных волокон для максимальной герметизации соединений;
• обе намотки покрывают специальной пастой или герметиком;
• прикручивают сначала уголок, а потом бочонок с ниппелем;
• плотно состыкованные элементы соединяют с краном;
• резьбовые участки обрабатывают с помощью герметика;
• при использовании муфт и гаек котловой водяной контур соединяют с трубопроводами внутридомовой системы отопления для циркуляции теплового носителя.

После подключения твердотопливного генератора тепла к тепловому контуру дома проводят тестовую проверку. Она необходима для выявления утечки теплоносителя. Самыми уязвимыми местами являются резьбовые соединения.

В котельном твердотопливном агрегате выполняется сжигание, например, торфа, бурого угля, пеллет, дров, включая древесные отходы. Горючее закладывают в топку, где оно поджигается. Во время его горения выделяется оксид углерода. Он удаляется на улицу через дымоход. При этом продукты горения внутри конструкции нагревают теплоноситель, который перемещается по системе отопления и обогревает помещения.

Существует несколько распространенных конструктивных схем твердотопливных котлов. Часто в домах выполняют монтаж теплогенераторов прямого, верхнего или пиролизного горения. Существуют также модели с варочной поверхностью, двухконтурные установки, пеллетные генераторы тепла и кирпичные конструкции. Их подключают к внутридомовой отопительной сети посредством входного и выходного патрубка с резьбой. Во время обвязки обеспечивают 100% герметичность всех соединений.