Твердотопливный котел: как выбрать

Печка у бабушки с полатями и плитой для готовки пищи и нагрева воды работала первым человеческим твердотопливным котлом. Прогресс, однако, двигается неудержимо и сегодня можно не пугаться словосочетания «твердотопливный котел», заранее предполагая нечто древнее и малоэффективное. Даже если участок земли пока не включен в программу газификации, можно спокойно строить дом круглогодичного житья, там будет тепло и комфортно, нужно только правильно выбрать твердотопливный котел.

Твердотопливный котел: как выбрать

Котельная с твердотопливным котлом

 

Важным преимуществом таких котлов иногда становится их энергонезависимость, когда в конструкции нет устройств, требующих подачи электроэнергии, даже терморегуляторы механические. Чаще это касается отечественных производителей, знакомых не понаслышке о перебоях с электричеством в сельской местности и учитывающих этот факт в схемах котлов. Однако не стоит забывать, что современные системы отопления, даже с твердотопливным котлом как источника тепла, работают стабильнее в присутствии циркуляционного насоса, а он без электропитания не работает, увы.. Так что резервной станцией электроснабжения в случае проблем со светом обзавестись все же рекомендуется, но часто твердотопливный котел из списка энергопотребляющих устройств исключается.

Материал теплообменника твердотопливного котла: чугун или сталь

Чугунные котлы

Чугунный твердотопливный котел

 

Твердотопливный котел ассоцииируется с чем-то громоздким и тяжелым, поскольку его теплообменник зачастую выполняется из чугуна. Производители котлов применяют этот материал за его долговечность, высокую коррозионостойкость (износ чугунного теплообменника при обычном режиме составляет 0,1-0,2 мм в год, так что при толщине стенки в 5 мм его хватит лет на двадцать), устойчивость к высоким температурам (при топке углем только чугунный теплообменник может выдержать температуру горения в 900 град С), для него нехарактерны температурные деформации.

К недостаткам котлов с чугунными теплообменниками относят их большой вес, что затрудняет транспортировку, во время которой оборудование к тому же нельзя ронять, ударять - чугун хрупок и дает трещину при резком ударе. Трещины появятся и если на горячий теплообменник пролилась холодная вода или если котел подпитывается слишком холодной водой. Разница между температурой подачи и обратки в более 50 град С может быть губительна для чугунного теплообменника, даже если микротрещины сначала визуально не видны. С низкой температурой на входе котла успешно работают некоторые современные изделия из эвтектического(упругого) чугуна, он превосходит по упругости обычный серый чугун в среднем на 30% и это делает возможным функционирование котла в низкотемпературном режиме.

Еще одним решением для низкотемпературного режима работы котлов на твердом топливе может стать применение в схеме котельной буферной емкости.

В то же время чугунные теплообменники состоят из секций и поэтому подлежат ремонту - секции заменяются, скрепляются винтами с термостойкой прокладкой и герметиком. Благодаря секционности, чугунный котел может «расти» вместе с домом. Например, пристроив к дому большую мастерскую, или оранжерею, можно не покупать дополнительный котел, а лишь добавить внутренние секции, увеличив тем самым мощность котла до необходимой.

Расчет мощности бытового котла ведется по формуле «1 кВт на 10 м² отапливаемой площади», то есть для дома 200м² потребуется котел мощностью 20 кВт.

Стальные котлы

Стальной твердотопливный котел

 

Котлы со стальными теплообменниками подбираются по мощности аналогично, однако их конструкции разнообразнее и они обычно дешевле, что делает их частыми источниками тепла в котельных на твердом топливе.

Легкость стального теплообменника и его сварная конструкция являются и достоинствами, и недостатками в твердотопливном котле. Транспортировать, выгружать - проще, однако и температурные экстремальные воздействия такой котел переносит хуже, при перегреве теплообменник может деформироваться, сварные швы - дать течь, а иногда может прогореть и стенка теплообменника.

Чаще всего такие ситуации возникают при аварийном отключении электроэнергии и в системах с принудительной циркуляцией. В этом случае котел продолжает топиться, а циркуляционный насос не вращается, не снимает тепло с котла и происходит перегрев. Источники бесперебойного питания помогают, но в 50% случаев не срабатывают, лучше всего, если есть автоматическое переключение на дизельную электростанцию. Самым же эффективным способом защиты твердотопливного котла от перегрева в случае аварии на электросетях считается предусмотренный при строительстве короткий контур с гравитационной циркуляцией, то есть участок из труб большого диаметра, где и будет находиться нагретый котлом теплоноситель в период аварии.

Что сгорает в твердотопливном котле?

Уголь

Уголь

 

Бурый, черный или антрацит - в этих трех типах угля содержится количество энергии, необходимой для нагрева теплоносителя, в буром - наименьшая, в антраците - наибольшая. Чаще всего в качестве топлива используют черный уголь. В целом горение угля примерно в три раза эффективнее горения дров, при сгорании его выделяется от 5000 до 8000 ккал/кг, тогда как у дров - от 1500 до 2500. Это плюс топки углем. Однако для хранения угля нужно особое помещение, уголь выделяет угольную пыль, часто содержит примеси, снижающие его эффективность при сжигании, его непросто разжечь, а при насыпании слоем толщины половины топки он может и не гореть, а спекаться на колосниковой решетке.

Автоматическая подача угля в котел

 

Топка углем требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, и это необходимо учитывать при выборе котла с таким источником топлива. Решить данный вопрос может котел с автоматической подачей угля.

Торф

Торфяные брикеты

 

Торфяные брикеты в качестве источника тепла могут использоваться в тех же котлах, где можно сжигать уголь, дрова открытым способом. Теплотворность торфа достаточно низкая. При их сжигании образуется дым с неприятным запахом, много золы и при хранении они крошатся, ухудшая эффективность сгорания, однако если других источников не найти, торф может применяться. Без участия кочегара такие котлы работают в промышленном исполнении, на фрезерном торфе со шнековой подачей, камерой подсушивания и в таком виде мощность котельной может достигать и 10 МВт

Дерево

Дрова

 

Дрова: открытый способ горения

В регионах с большими площадями диких лесов дрова становятся самым экономичным и легкодоступным топливом для котлов.

Виды древесины, используемые в качестве топлива дровами

Вид дерева	Количество выделяемого тепла, ккал	Выделение сажи	Загрязнение дымохода
Береза	3750	Да, с дегтем, сильно загрязняющим внутренности котла	Да
Ольха	2100	Практически отсутствует	Нет, даже способствует очистке
Осина	1650	Практически отсутствует	Нет, даже способствует очистке
Сосна	3800	Да, со смолами, загрязняющими внутренность котла	Да
Дуб, бук, ясень	3600	Почти отсутствует	нет

 

Можно топить котел и яблоней, вишней, грушей, и теплотворность таких дров достаточно высока, но в большом количестве их найти трудно, да и поленья плохо раскалываются и узловаты, не укладываются плотно в топку. Дрова из тополя быстро и жарко горят, но тепла от них немного, его древесина неплотная.

Дрова для котла должны иметь влажность не более 15-25%, поэтому сразу после рубки их не используют, для их хранения нужно предусмотреть место и топить лучше дровами, высушенными естественным образом в течение 2-3 лет, либо после принудительной сушки.

Топка дровами

 

Топки котлов в зависимости от мощности позволяют использовать длину поленьев до 70-80 см, хотя самым распространенным размером является 25-40 см. Топка загружается дровами сразу примерно наполовину, разжигается и далее поленья подкладываются по мере необходимости. В процессе топки поленья необходимо несколько раз шуровать, давая дополнительный доступ воздуха для равномерного горения. Все твердотопливные котлы не работают без притока воздуха, поэтому помещение для них следует предусматривать вентилируемое, а дымоход для лучшей тяги устанавливается большой длины - 6-7 м

Дымоход

 

Дрова: пиролизный способ горения

Для увеличения промежутка времени между закладками дров в котел, что особенно актуально по ночам в зимний период, а также для сокращения расходов на содержание кочегара инженерами созданы и успешно применяются котлы с пиролизным способом горения дров. В отличие от прямого способа, когда жар от горения дров лишь частично расходуется на нагрев теплоносителя, а в основном вылетает в трубу, при пиролизе сгорает газ, выделяемый при горении древесины.

Схема пиролизного котла

 

Пиролизный котел

 

Двухкамерная система сгорания топлива позволяет добиться КПД котла в размере 85-90%, и хотя такой способ сгорания приемлем и для угля, и торфа, но именно при использовании сухой, не более 20% влажности, древесины, он наиболее эффективен. Время закладки древесины как мягких, так и твердых сортов в таком котле составляет 5-6 часов, а при хороших условиях: сухое топливо, стабильная подача воздуха в камеру сгорания, правильная теплоизоляция дома может составлять и 10 ч. При использовании влажной древесины выделяется большое количество водяного пара, а это чревато образованием копоти и дегтя, плохой теплопроводности котла или его затуханием. При правильном течении пиролизного процесса дрова сгорают практически без золы, дым из трубы бесцветен, а теплоноситель быстро нагревается до оптимальных 60 град С.

Существуют котлы и комбинированного действия, когда 80% дров сгорает в режиме пиролиза, а 20% - в режиме обычного твердотопливного котла.

К недостаткам пиролизных котлов можно отнести их высокую по сравнению с обычными твердотопливными котлами стоимость, повышенные требования к сухости дров, отсутствие возможности автоматической подачи топлива, и работа только в режиме отопления, такие котлы не бывают двухконтурными.

Пеллеты и древесные отходы

Пеллеты

 

Ни одна крупная европейская строительная выставка котельного оборудования не обходится без демонстрации оборудования, работающего на пеллетах - древесных топливных гранулах. Такое топливо начало применяться с 80-х годов ХХ века и сейчас котлы для работы на них есть в линейке практически всех ведущих производителей твердотопливных котлов. Автоматизация процесса загрузки топлива в камеру сгорания, низкая влажность и соответственно - высокая теплоемкость пеллет вкупе с малыми габаритами для хранения, транспортировки делает их очень удобными и эффективными, особенно в местностях, где развита деревообработка. При сжигании пеллет сорта «Премиум» образуется не более 1% золы, сорта «Стандарт» - не более 3%, поэтому это топливо еще и очень экологично.

Схема пеллетного котла

 

Пеллетный котел

 

В Финляндии в 2005 году бытовой сектор потребил 70 000 тонн пеллет. В России в 2005 году было произведено около 150 000 тонн пеллет, а к 2010 году достигло 1 млн. т. При этом стоимость пеллет для бытового применения продолжает оставаться выше желаемой, хотя, безусловно, за таким видом топлива будущее и количество пеллетных котлов будет увеличиваться.

Щепа, кора и опилки в качестве топлива давно применяются в котельных, но для эффективного их использования следует выбирать котлы специфической конструкции, в них имеются слоевая камера сгорания, вращающаяся колосниковая решетка или другие части и методики, позволяющие полностью сгорать как крупнофракционной древесине, как щепа, так и дисперсионной, как опил. Чаще такие котлы используются в промышленных котельных.

Современные твердотопливные котлы имеют в своем составе терморегуляторы, вентиляторы наддува, приборы управления и при желании на их основе можно построить удобную, комфортную котельную в местности, где отсутствует газоснабжение. Такие котлы дешевле электрических в эксплуатации и часто могут работать как энергонезависимые устройства.