Котлы верхнего горения: что такое, виды, принцип работы

Проблема отопления – одна из самых сложных задач, которые приходится решать владельцам загородных домов. Проигнорировать вопросы организации отопительной системы никак не получится – жить в неотапливаемом помещении зимой невозможно. Резкие перепады температур быстро приведут в негодность всю отделку. Также существенно сокращается срок службы постройки.

Оптимальное решение вопросов отопления – организация отопительной системы водяного нагрева, где по трубам и радиаторам будет циркулировать теплоноситель. Основная проблема – это подобрать тепловой генератор или же котел, который преобразует внешние источники энергии в тепловую. Исходя из особенностей климата, а также степени доступности энергоресурса, все большую популярность сегодня завоевывают агрегаты длительного горения, в частности котлы верхнего горения на твердом топливе. Что это такое, рассмотрим ниже.

Чем хорош котел длительного горения?

Традиционно в частных домах устанавливаются газовые котлы. Однако не во всех местах имеются магистрали с таким топливом. Кроме того, для подключения индивидуальной газовой линии при наличии магистрали потребуются серьезные затраты.

Если прибавить к этим затратам обязательные процедуры согласований, составлений проектов, в которых полностью соблюдены все требования, то процесс установки такого котла только отпугнет хозяев. Тем более если есть достойные альтернативные решения.

Казалось бы, если нет возможности установить газовый котел, то всегда можно приобрести электрический. Выбор такого оборудования достаточно велик. Котлы имеют высокий КПД, они легкие в регулировке, количестве систем контроля, а также оснащены автоматической системой управления. Однако все эти плюсы становятся недостатками, когда владельцы начинают вспоминать о стоимости электричества. Обычная семья легко разорится на таком отоплении.

Кроме того, в поселках, которые удалены от областных и городских центров, напряжение не особо качественное – в сети можно наблюдать сильные перепады. И владелец электрического котла ставит себя в зависимость от качества и стабильности подачи тока.

На фоне постоянного технологического прогресса в тень ушел традиционный метод отопления жилья дровами и другим твердым топливом. А ведь дрова – это хороший источник энергии, к тому же – возобновляемый. Недостатка в древесине для отопления сейчас нет. Можно использовать дрова, которые владельцы домов заготавливают самостоятельно, либо их приобрести. Также немало деревообрабатывающих предприятий продают отходы производства.

Но печь есть не во всех домах. Да, она эффективна и за счет своей конструкции хорошо удерживает тепло. Достаточно хорошо затопить печь, чтобы обеспечить дом теплом на сутки. Но есть один нюанс: как быть с циркуляцией теплоносителя по контурам отопительной системы? Ведь если просто поддерживать горение в печи, то это будет большой расход топлива. Эту проблему можно решить с помощью твердотопливных котлов верхнего горения.

За счет особой конструкции этого устройства, основанной на физико-химических свойствах видов твердого топлива, можно загружать дрова один раз в течение 12-15 часов. Некоторые модели могут работать и больше на одной загрузке.

Преимущество котлов длительного горения с верхним горением еще и в том, что, кроме дров, можно использовать ряд других материалов. Применяют все, что горит – это могут быть брикеты из отходов деревообрабатывающих производств, а также уголь или торф. Также сейчас в качестве источника энергии особую популярность приобрели так называемые евродрова.

Принцип действия

Как работают обычные твердотопливные печи, известно всем. В топку закладывают топливо – брикеты либо уголь. Из нижней камеры подается поток воздуха, который необходим для процесса. Уровень интенсивности горения в данном случае ограничивается только количеством кислорода.

Это обыкновенный костер, который заключен в металлический корпус, требующий постоянного добавления запаса топлива. Продукты горения напрямую выводятся в дымоход – данная система имеет множество поворотов и лабиринтов. Это улучшает теплоотдачу и приводит к росту КПД. Однако это не повышает общей энергетической отдачи. Термическое разложение древесины – быстрый процесс, после которого остается масса отходов, а в атмосферу выбрасывается неиспользованная энергия.

Эта энергия получается благодаря особым характеристикам дерева, которые, в свою очередь, обуславливаются биохимическим составом. Когда древесина нагревается, она не просто окисляется до угля, но и выделят углекислый и угарный газы. Воздействие высоких температур всегда ведет к синтезированию летучих соединений на основе углеводорода. Эти соединения имеют достаточно сложную химическую формулу. Сами по себе газы – отличное топливо, которое в обыкновенной печке уходит в никуда.

Пиролиз

Процесс, когда древесина разлагается на газы, называют пиролизом. Температуры сгорания, а также теплоотдача здесь значительно выше, чем при обычном горении. При этом окислительные процессы древесины так глубоки, что после пиролиза практически не остается никаких отходов. В атмосферу выходит лишь пар, а также углекислый газ.

Отсюда имеем, что гораздо рациональнее использовать древесное топливо, минимизировав при этом процесс открытого сгорания. Нужно добиться выделения газов, которые и являются источником тепла. На базе этих принципов и работают котлы верхнего горения и пиролизные агрегаты. Вот о них далее и поговорим.

Виды котлов длительного горения

Существует два вида твердотопливных агрегатов, работающих на дровах:

• Пиролизные.
• Системы с верхним способом загрузки.

Оба варианта дают возможность получить качественную автономную систему отопления.

Котлы верхнего горения: особенности

В обыкновенных котлах, а также в печах и каминах топливо горит снизу-вверх. Это можно объяснить физическими процессами при горении. Данная схема неэффективна. Этот недостаток полностью устранили в таких агрегатах. В чем особенность котла длительного горения с верхним горением? Она заключается в способе преобразования энергии. Так, топливо сгорает не внизу, а сверху. Воздух подается также сверху и непосредственно к зоне горения, а не снизу через специальные колосники. Это энергонезависимые источники тепла – и это плюс таких систем. Но они отличаются цикличностью работы. Пока не сгорит закладка, другую добавлять нельзя.

Топочная камера таких котлов достаточно вместительная. Внизу топливо не горит – оно ждет, пока до него дойдет очередь. По мере того как сгорает верхний слой, задействуется и нижний. Воздух подается сверху через специальные каналы или же рассеиватели. Эти каналы - горячие снизу. Воздух из верхней части топочной камеры постепенно попадает вниз. За счет нагрева он быстрее вступит в реакцию с твердым топливом. Благодаря этому обеспечивается высокий КПД котлов верхнего горения.

Распределитель воздуха в камере сгорания может двигаться – он способен подниматься при закладке топлива. Когда начинается процесс горения, он опирается на топливо. Так кислород попадет лишь в зону горения. Там происходит только тление, а продукты сгорания попадают исключительно в верхнюю часть. Там они отделяются массивным металлическим диском. Затем к этим газам добавляют воздух, и продукты дожигаются. А выработанное тепло попадет на теплообменник.

Зачастую эти системы имеют цилиндрическую форму. Однако существуют и прямоугольные модели. Топочная камера, как уже упоминалось, достаточно вместительная, за счет чего достигается максимальная продолжительность процесса горения. Цилиндрическая форма делает устройство компактным и дает возможность экономить пространство.

Преимущества

Котлы с верхним горением топлива достаточно долговечны и надежны. За счет постепенного распределения нагрузки в зоне сгорания по направлению сверху-вниз корпус котла не разогревается более чем до 400 градусов. За счет более простой конструкции такие системы безопаснее, нежели газовые или электрические.

Зачастую такие агрегаты рассчитаны на разные виды твердого топлива. Это могут быть дрова, уголь, торф, различные горючие смеси, гранулы, отходы древесного производства. Процесс горения может длиться до 5 суток в зависимости от конструкции. Если использовать дрова, то одной загрузки котла верхнего горения может хватить на период от 8 до 30 часов.

Недостатки

К минусам этого оборудования можно отнести требовательность и привередливость к качеству горючего. Если заставить агрегат работать на сырых дровах, то его КПД существенно снизится.

Оптимальный уровень влажности топлива для твердотопливных котлов длительного горения с верхним горением составляет 13-20 %. Если использовать более сырой продукт, котел будет выдавать значительно меньше тепла. Кроме того, в данной ситуации аппарат может даже потухнуть. Кроме того, если жечь в котле сырые дрова, будет выделяться много сажи и золы. Нужно периодически проводить очистку и самой печи, и дымохода. Также к недостаткам можно отнести необходимость ручной загрузки.

Пиролизный

Здесь используется немного другой принцип. Механизм строится на расщеплении топлива на пиролизный газ и кокс. Эту задачу решают за счет низкой интенсивности горения. Топливо не горит, а тлеет. В результате образуется газ, который горит, соединяясь с кислородом.

Почему нет настенных?

Котел длительного горения с верхней загрузкой выполняется лишь в напольном виде. Вес его слишком большой для монтажа на стену. Но конструктивно – это самый обычный твердотопливный котел.

Мощность зависит от назначения. Оборудование может не только отапливать помещения, но и подогревать воду. При этом теплообменник может быть проточным или использоваться в качестве емкости для накопления. Теплообменник бывает как стальным, так и чугунным.

Котел из чугуна меньше подвержен воздействию коррозии. Это очень важная характеристика. На стенках камеры появляется конденсат, а это достаточно агрессивная среда. Чугунные котлы изготавливаются в виде секций. Это делает процесс транспортировки значительно проще.

А если самостоятельно?

Вполне можно изготовить котел верхнего горения и своими руками, причем из подручных средств. Для этого нужна двухсотлитровая бочка, труба и швеллер. Так, в бочке вырезается верхняя часть, а края разравниваются. Сверху делается отверстие. В него вставляется труба, которая направляется вверх. На ней делают заслонку для регулирования подачи воздуха. Наиболее сложный этап – регуляция. Труба не должна находится слишком низко, иначе процесс горения будет быстрым.Если оснастить такую конструкцию специальным грузом, за счет которого горючее будет оседать медленно, а также подвижной системой распределения воздуха, можно получить достаточно эффективную систему. Одна закладка будет сгорать за 20 часов.

Заключение

Котлы верхнего горения на твердом топливе – это отличный и экономичный способ обеспечить дом теплом. Цена такого тепла будет очень доступной. Стоимость нового агрегата данного типа начинается от 50 тысяч рублей, что вполне приемлемо.