Твердотопливный котел на буром или черном угле

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Автоматизированный угольный котел, содержащий бункер для твердого топлива, перпендикулярно к нему расположенное устройство подачи топлива, горелочное устройство, устройство подачи воздуха, водоохлаждаемую топку, состоящую из камеры сгорания и камеры дожигания, изнутри футерованную огнеупорным кирпичом, теплообменник, зольник, а также блок автоматизации и электропривод, отличающийся тем, что котел дополнительно снабжен двумя гравитационными фильтрами, установленными последовательно с теплообменником в дымовой трубе, при этом теплообменник находится между фильтрами, а устройство подачи твердого топлива выполнено в виде шнекового конвейера, заключенного в цилиндрический корпус, ось которого проходит от бункера через топку котла, камеру сгорания вдоль оси горелочного устройства так, что внутренняя полутруба горелки является продолжением корпуса шнекового конвейера и имеет диаметр, равный диаметру трубы корпуса шнекового конвейера, а в камере сгорания и камере дожигания расположены огнеупорные трубки подачи вторичного воздуха.

2. Автоматизированный угольный котел по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус шнекового конвейера содержит загрузочное и разгрузочное отверстия, а в области загрузочного отверстия шнек снабжен эксцентриком с подпружиненным штырем с зубьями, шнек теплоизолирован или выполнен из жаростойкого материала, например из стали, керамики или чугуна, шнек имеет навивку до переднего конца горелки, при этом навивка шнека имеет разрывы, превышающие максимальный размер фракции твердого топлива, в области загрузочного отверстия и между загрузочным и разгрузочным отверстиями, имеет прерывистость 50% на участке, расположенном в горелке, а в корпусе шнекового конвейера между разгрузочным отверстием и разрывом в навивке шнека выполнено отверстие подачи воздуха.

3. Автоматизированный угольный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что по оси шнекового конвейера выполнен канал для прокачки охлаждающей жидкости.

4. Автоматизированный угольный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что навивка шнекового конвейера выполнена в виде ряда пластин в форме полуэллипса, наклоненных к оси шнека так, что угол между большой осью эллипса и осью шнека составляет 30-75°.

5. Автоматизированный угольный котел по п.4, отличающийся тем, что навивка на шнековом конвейере выполнена из керамики.

6. Автоматизированный угольный котел по п.1, отличающийся тем, что горелочное устройство выполнено в виде трех коаксиальных полутруб, расположенных на расстоянии 5 мм и более одна от другой, а со стороны соединения шнека с горелкой выполнены отверстия для подачи охлаждающей жидкости в полость между внутренней и средней полутрубами, в которой расположена система перегородок, и отверстия для подачи воздуха в полость между внешней и средней полутрубами, в которой расположена система перегородок и трубок, при этом охлаждаемые сопла подачи первичного воздуха в горелку имеют угол наклона от 10° до 30° в двух плоскостях по направлению к горизонту и по направлению к движению топлива.

7. Автоматизированный угольный котел по п.4, отличающийся тем, что внутренняя полутруба горелочного устройства, внутри которой проходит шнек, расширяется от места соединения с корпусом шнекового конвейера под углом 20° к образующей боковой поверхности трубы корпуса шнекового конвейера, так, что сечение плоскостью, перпендикулярной оси шнекового конвейера, по переднему концу горелки представляет собой полуэллипс с малой полуосью, длина которой равна радиусу трубы корпуса шнекового конвейера, а длина большой оси составляет 25-100% диаметра трубы корпуса шнекового конвейера.

Какой уголь лучше использовать и как рассчитать расход

Эффективность использования продукции зависит от уровня теплотворности сорта, обычно в технической документации к оборудованию указываются оптимальные наименования. Далее приведены 5 рациональных вариаций в порядке возрастания их продуктивности:

• бурый уголь,
• битуминозный,
• каменный,
• полуантрацит,
• антрацит.

Антрацит – самый эффективный сорт топлива – при горении вырабатывает порядка 34 тыс. кДж/кг, при одинаковых исходных он выдает на 80% больше тепла, чем дизельное топливо или природный газ. «Середнячок» каменный уголь для сравнения вырабатывает 27 тыс. кДж/кг.

Материал сортируется по размеру кусков:

• самый мелкий – «семечко» – достигает в диаметре 10-24 мм;
• средняя фракция – «орех» – в пределах 25-50 мм;
• крупный вариант – «кулак» – имеет параметры 50-100 мм.

Сортовое сырье, расфасованное в мешки, реализуется несколько дороже, чем продаваемое «навалом». Есть разница: в первом случае уголь не содержит пыли, она препятствует нормальному горению. Также если закупать топливо мешками, будет легче контролировать его вес при загрузке в камеру.

При определении уровня расхода необходимо учитывать следующие параметры:

• теплотворная способность топлива;
• КПД котла;
• мощность агрегата;
• средняя продолжительность его использования (посуточно).

Для отопления 1 кв. метра жилья котел должен вырабатывать в сутки не менее 1,2 кВт, для этого понадобится сжечь 0,15 кг антрацита, 0,19 кг каменного либо 0,32 кг бурого угля.

Количество топлива выбранного типа далее нужно умножить на площадь дома – образуется дневной расход. Полученную цифру приводим в соответствие с длительностью отопительного сезона – в среднем, это 181 день.

Способы подачи угля и типы оборудования

Различаются котлы на угле и способом подачи топлива. Еще недавно это делали только и исключительно вручную. Сегодня есть шнековые системы и бункеры, похожие на те, которые используют для пеллет. В них засыпается уголь, который затем автоматически, по мере надобности, подается в топку. Такие системы имеют электронное управление, и стоят тоже немало. Кроме достаточно большой цены имеются также определенные требования к топливу: фрагменты должны быть определенного размера и влажности.

Чаще всего в угольных котлах с автоматизированной подачей используют некрупные фракции – мелкий и орех – так как их легче загружать, чем большие куски. Сегодня имеется даже специальное топливо для такого типа котлов – «эко-горошек». Отличается оно не только калибрированными размерами, а еще и небольшим содержанием серы. Меньшее содержание серы приветствуется экологами а также делает конденсат не таким едким. Ведь при смешивании серы с водой образуется серная или сернистая кислота, которая и разрушает котел или дымоход.

Для автоматической подачи угля он должен иметь определенные размеры

https://youtube.com/watch?v=rPyjtzyyQ5s

Есть еще один вид топливного оборудования, который стоит выделить в отдельную группу, – крошковые угольные котлы. Они разрабатываются специально для сжигания мелких фракций и пыли, с которыми обычные агрегаты плохо справляются. Это связано с тем, что мелкие фрагменты очень плотно прилегают друг к другу, сильно затрудняя подачу воздуха. Нет воздуха — нет горения. Крошковые котлы имеют специальные вентиляторы и каналы, по которым воздух попадает в зону горения. Как всегда есть одно «но»: эти агрегаты энергозависимы – работают тогда, когда есть электричество.

Можно ли изготовить котел самостоятельно

Пожалуй, это самая простая конструкция, изготовление которой под силу даже новичкам. Потребуется болгарка, небольшие сварочные работы. Если у вас нет этих приборов, то своими руками можно сначала собрать теплообменник, подогнать все элементы, а для их сварки воспользоваться услугами опытного сварщика. Все — таки профессионал поможет сделать котел более надежным, поскольку сварочные швы должны быть качественными, ведь в котле будет постоянно циркулировать вода.

Котёл на угле

Конструкции котлов на угле бывают разными. Упрощенную модель можно выполнить самостоятельно. Для этого приобретите:

• железную бочку на 150 — 200 литров;
• стальные трубы с крупным диаметром (отрезки труб).

Установите бочку горизонтально, теплоноситель разместите в промежутке между трубами. Топливо по мере сгорания будет подогревать воду, а котел нагреваться постепенно.

Для изготовления котла проведите в указанной последовательности следующие действия:

1. Подберите для бочки металлический отрезок трубы, меньше по диаметру бочки, пространство между ними должно остаться не менее 8 см.
2. Установите дном топочную камеру внутрь трубы, также зольник, колосники.
3. Обложите низ топки и место для зольника огнеупорным кирпичом.
4. Приварите ножки к бочке с ее внешней стороны.
5. Вырежьте отверстие для зольника внутри трубы, также отверстие с торца сзади трубы для дымохода.
6. Приварите к отверстию фланец.
7. Приварите входной патрубок теплообменника, для этого прорежьте отверстие внизу бочки.
8. Проверьте качество швов после всех проведенных процедур, а также герметичность водяной рубашки.
9. Обшейте котел снаружи теплоизоляционным материалом, потерь тепла так будет гораздо меньше.
10. Произведите монтаж котла к выбранному месту.
11. Подключите котел к трубе, трубопроводу.
12. Произведите пробную топку котла.

Котлы на угле подходят для домов с естественной циркуляцией воды. По трубопроводу она поступает своим ходом к радиаторам, где охлаждается и возвращается обратно в котел через патрубок внизу.

При закрытой системе отопления дополнительно нужна установка циркулярного насоса. В данном случае за движение воды отвечать будет он. Не забывайте про заслонку на дымоходе. За уровнем тяги нужно постоянно следить, да и при ее открывании теплоносители будут нагреваться гораздо лучше. Под воздействием входящего кислорода горение будет активным.

Котлы на углях не нуждаются в электричестве, хотя известны современные модели со встроенными электронными датчикам, вентилятором, регулятором тяги, системы управления, работающих от сети. Если вы хотите создать автономный котел на углях, то в монтаже прочих электронных элементов нет практически никакой необходимости.

Котлы на угле хороши для своих домов, дачных построек. Несмотря на исключительно ручную топку, отсутствие комфортных условий, правильно установленный и подключенный котел будет служить безотказно и долгие годы. По крайней мере, при отсутствии газа в вашей местности котел на углях – разумное решение, он более экономичнее электроэнергии, да и приготовить пищу на углях иногда бывает очень даже кстати.

Так, распространенность котла на углях обусловлена рядом факторов. И независимо от производителя котлы, которые представлены на рынке экономичны и безопасны, не нуждаются в специальных навыках по обслуживанию, эксплуатации.

Не стоит забывать о том, что топливо для котла на углях стоит достаточно дешево, доступно. Стоимость таких приборов не достигает космических вершин, а это делает их доступными для большинства покупателей.

Принцип работы котлов отопления на угле и дровах

Дрова и уголь горят с разной длиной пламени. Уголь, в зависимости от сорта, во время горения образует относительно невысокий столб пламени, либо сжигается беспламенным способом.
Для горения угля требуется большое количество кислорода. Чтобы обеспечить равномерное горение и минимальный остаток недогара, устанавливают специальную колосниковую решетку

Функция колосников сводится не только к предотвращению просыпания угля, но, что более важно, к равномерному распределению воздуха по всей топочной камере и удалению золы.

Полуавтоматические древесно-угольные котлы

• Контроль подачи угля в топочную камеру – на корпусе котла закреплен топливный бункер. Подача осуществляется шнеком или «барабаном». Объема бункера достаточно, чтобы обеспечить автономную работу котла в течение 3-10 дней.
• Розжиг угля – в конструкции предусмотрен электророзжиг, автоматического типа. В топке расположен датчик, контролирующий наличие огня и при затухании, дающий сигнал на разжигание топлива.
• Подача воздуха и удаление продуктов сгорания. Как уже отмечалось, для горения угля, необходимо большее количество воздуха, чем для сжигания дров. В автоматическом режиме включаются вентиляторы, увеличивающие интенсивность прохождения воздушных потоков через топочную камеру. Автоматика следит за предварительным подогревом и изготовлением воздушной смеси, что обеспечивает лучший КПД котла.
• Система самоочистки – автоматическая работа на угле не устраняет полностью необходимость в обслуживании котла. Но, система самоочистки, увеличивает интервал между осмотрами. Уникальная конструкция самоочищающихся подвижных колосников, сбрасывает скопившуюся золу в специальный ящик. Удаляют продукты сгорания, не останавливая котел.

Чем еще можно топить угольно-дровяной котёл

1. Влажность не более 12%, оптимальное соотношение для процесса пиролиза или газогенерации.
2. Время горения дольше, чем у дров в 3 раза.
3. КПД котла при использовании брикетов увеличивается до 94%.
4. Процент зольности не выше 0,4%.

При использовании брикет, правильно топить котёл, используя для розжига пламени обычные сухие дрова. После того как пламя разгорелось, закладывается необходимый объем прессованного топлива.

Виды по материалу изготовления

Помимо разных способов горения котлы могут различаться по материалу, то есть выполняться из чугуна либо стали. Два варианта имеют собственные достоинства и недостатки, которые следует учитывать при выборе подходящего устройства. Дадим краткую характеристику:

• сталь (для изготовления берётся особая котловая) быстрее прогорает, менее устойчива к коррозийным процессам, однако не доставляет проблем при ремонте;
• чугун устойчив к коррозии и может похвастаться продолжительным эксплуатационным периодом. Однако может лопнуть от температурного перепада либо удара. Причём трещины нельзя заварить, необходима будет полная замена повреждённой детали.

Есть ещё один нюанс: для монтажа оборудования из чугуна понадобится отдельный фундамент (если его вес с теплоносителем в контуре, топливом и дымовой трубой будет превышать 700 кг). Многие считают отличным вариантом устройства из двух этих материалов: топочной камеры из чугуна, а корпус из стали.

Нюансы в монтаже твердотопливных агрегатов

К твердотопливным котлам существуют свои стандарты монтажа и требования безопасности, которые обязательны к применению, игнорировать их нельзя.

Вентиляция. Вентиляция должна быть продумана до мелочей, большинство продуктов горения выходит через дымоход, который тоже должен быть установлен в соответствии с требованиями (установку дымохода можно посмотреть на видеоуроке). Также в котельной должна быть установлена естественная или принудительная вентиляция  для поступления кислорода и выведения угарного газа (опасен для человека).

Пожарная безопасность. Все соприкасающиеся части и близлежащие поверхности должны быть огнеупорными. Пол и стены необходимо защитить от перегрева или попадания искр.

Уход

За котлом важно следить, вовремя производить очистку, докладывать топливо и проверять исправность автоматизации.

Усовершенствования для повышения эффективности и долговечности

Есть еще немало технологических решений, которые увеличивают срок эксплуатации котлов и/или их эффективность:

• Контур охлаждения. Этот элемент ставят в агрегатах прямого горения. Из-за невозможности управлять интенсивностью сжигания  топлива, вода в системе может закипеть. Для предотвращения таких случаев в линию подачи горячей воды устанавливают двухходовой клапан, а в системе предусматривают отдельную охладительную петлю. При достижении критической температуры (обычно выставляется 95оС) клапан подключает в систему петлю с холодной водой, и температура теплоносителя падает.

• Охлаждаемые колосники. Перегорающие колосники в угольных котлах – проблема, с которой достаточно сложно было бороться. Стальные очень быстро выходили из строя, чугунные служили несколько дольше, но все равно срок их службы был мал. Чтобы можно было легко заменять прогоревшую деталь, делали их съемными. Ситуация стала намного лучше, когда придумали делать полые колосники из труб, по которым циркулирует вода. В этом случае их делают несъемными. Таким образом и колосники служат дольше, и тепло используется для обогрева помещения.

• Подвижные колосники. Это интересное усовершенствование позволяет решить проблему спекания угля. Обычно чтобы разбить корж шлака, нужно открыть топку и энергично «пошуровать» там кочергой. В котлах с подвижными колосниками имеется ручка, нажимая на которую, вы дробите шлак.
• Искусственное нагнетание воздуха в топку. Устанавливают или термостойкие вентиляторы или более мощные турбины. Такое усовершенствование приводит сразу к двум результатам: во-первых, лучше сгорает уголь, во-вторых, становятся ниже требования по тяге и высоте дымохода. Вентиляторы создают активное движение воздуха, и продукты горения, даже при не очень хорошей естественной тяге, хорошо удаляются. Но есть и минус – работает такая система только при наличии электропитания. В этом случае уже есть возможность при помощи электроники регулировать интенсивность горения – изменяя скорость вращения вентиляторов.

Есть еще один нюанс, который стоит учесть при выборе угольного котла для отопления частного дома. Мощность, которая указывается в технических данных, рассчитывается под самый калорийный вид угля, который можно сжигать в этом агрегате: кокс или антрацит. При использовании угля, имеющего меньшую калорийность, такого количества тепла вы добиться не сможете. Потому выбирая угольный котел, берите по мощности с запасом в 15-20%. Тогда даже в самые сильные морозы мерзнуть вам не придется.

Котлы отопления на угле- один из самых востребованных видов отопительного оборудования

Популярность твердотопливных агрегатов объясняется невысокой ценой, не очень дорогим, а иногда и бесплатным, топливом. Кроме того отопительные котлы на угле являются, в принципе, всеядными: топить можно любым, а не только каменным углем. Они нормально себя чувствуют при загрузке торфом, дровами, брикетами. Просто тепла будет выделяться меньше и подкидывать нужно будет чаще.

Для полного комфорта в угольные котлы встраивают еще один или несколько ТЭНов. Такие котлы называются комбинированными, а электрическая часть включается после того, как прогорит топливо и температура теплоносителя станет ниже определенной точки. Такое оборудование позволяет оставлять дом на некоторое время без присмотра и не опасаться, что система разморозиться. Причем стоят они чуть дороже, чем обычные, зато комфортность использования повышают значительно.

Вообще, рынок отопительной техники постоянно развивается, внедряются новые идеи и усовершенствования, которые повышают экономичность, экологичность и уровень комфорта отопления. И это далеко не все на сегодня технологические новинки, но самые популярные и весомые.

Преимущества и недостатки оборудования

Использование котла для отопления углем в частном доме сопровождается несколькими положительными моментами:

• легкость обслуживания;
• высокая эффективность;
• бесперебойная работа в течение полного сезона;
• возможность совмещения с древесным сырьем;
• автоматизация процессов;
• предусмотренный тлеющий режим работы;
• экономичность.

Слабые стороны оборудования:

• котельная должна быть вентилируемой – это обязательное условие пожарной безопасности;
• необходимость в обустройстве технически сложного дымохода;
• нужно оборудовать сухое место для хранения угля.

Отопительная система обычно функционирует вместе с дымососом и вентилятором, это достаточно энергоемкие механизмы.

Классификация по способу горения

Различают угольные котлы по способу горения.

Прямое горение – снизу-вверх

Котел разжигается, топливо засыпается в топку. Необходимый для горения воздух поступает через колосники снизу, и горение начинается снизу топливной кучи, распространяясь вверх. Это обычные котлы, которые работают очень давно. Сегодня они имеют несколько больший промежуток закладки топлива за счет разработки топок особой конструкции, устройства водяных рубашек, каналов подачи воздуха в топку, целого ряда доработок и возможностей. Но эта категория котлов на угле все равно остается самой дешевой из-за простой конструкции и, часто, отсутствия управления и автоматики.

Традиционный угольный котел использует принцип нижнего горения

Длительное горение

В этих агрегатах уголь горит сверху-вниз. Тут изменен и порядок розжига котла: сначала засыпается топливо, затем оно разжигается в верхнем слое кучи.

Потом для обеспечения процесса окисления через специальную систему подачи воздуха он подводится не снизу, а сверху, непосредственно в зону горения. При таком способе сжигания загрузка топлива требуется раза в два реже.

Главная особенность таких агрегатов – требовательность к качеству и влажности горючего. При малой калорийности вы не «выжмете» требуемого количества тепла (разве что брать мощность его с большим запасом).

При использовании влажного угля, котел долго выходит на режим тления, выделяя в это время также очень мало тепла (оно расходуется на испарения влаги). Зато в это время вырабатывая большое количество сажи, которая в разы снижает уровень теплоотдачи и забивает и котел, и дымоход.

Все  осложняется образованием большого количества конденсата.  Так как котел не разогрет, испаряемая влага конденсируется, смешивается с сажей и течет обратно в топку, в дымоход, иногда вытекая из котла и образовывая лужу. Имеется при этом и довольно неприятный запах

Так что при использовании влажного угля очень большие шансы того, рабочий режим вообще не будет достигнут, а котел просто затухнет. Потому качество топлива для котлов верхнего горения очень важно: его влажность не должна превышать 15%

Есть нормы и по спекаемости – использоваться должны только слабоспекающиеся марки, но в инструкции к каждому агрегату есть рекомендации по качеству, которыми лучше не пренебрегать. Есть еще одна особенность этого котла – невозможность «дозаправки». Пока не прогорит одна порция, вторую никак не заложишь – нарушится весь процесс. Так что это котлы с циклическим алгоритмом работы.

Несмотря на «капризность» по отношению к топливу, котлы длительного горения на угле неплохой вариант: они часто энергонезависимы, экономичны, при хорошем угле, надежны и не требуют сложного ухода.

Пиролизные угольные котлы

Некоторые модели с таким способом горения требуют закладки топлива один раз в 20-30 часов, некоторые вообще греть могут до 4-6 дней. Но сам процесс сжигания тут гораздо сложнее.

Все модели имеют автоматическое управление, а также требуют принудительной подачи воздуха в камеру дожига. Это значит, что они работают только при наличии электричества. Отличаются от первых двух вариантов даже конструктивно: имеют две топки.

В первичной, в которую загружают топливо, происходит разложение угля на кокс и газы. Во вторичную попадают раскаленные газы, где и происходит  их дожигание.

Механизм работы пиролизных котлов таков: после того, как уголь разожжен, автоматика прикрывает подачу воздуха, топливо при этом не горит, а тлеет. В таком редиме выделяется большое количество газов, которые также горючи. Их направляют во вторую камеру, где они снова смешиваются с воздухом и поджигаются. В результате топливо используется почти полностью. Именно этим объясняется длительное горение и экономический эффект (для получения того же количества тепла нужно меньше угля).

Угольные котлы пиролизного типа дают самый большой экономиеский эффект, но очень требовательны к качеству топлива

Одним из недостатков пиролизных угольных котлов является их высокая стоимость. Но окупаются эти вложения довольно быстро за счет экономии на топливе в процессе эксплуатации. Сразу нужно сказать, что к углю (или дровам) тут предъявляются такие же требования, как и в котлах с верхним принципом горения. И последствия от использования сырого топлива такие же, а иногда и более печальные – ремонт дорог.