Какого бы вида ни был твердотопливный котёл, все имеют высокий уровень коэффициента полезного действия, именно благодаря конструкции и принципу устройства. На этой страничке рассмотрим и попробуем разобраться как работают твердотопливные котлы. Основное отличие между обычными твердотопливными котлами и твердотопливными котлами длительного горения состоит в том, что во втором случае горение происходит намного дольше благодаря принципу сгорания. Итак рассмотрим принцип работы твердотопливных котлов и как работают котлы на твёрдом топливе, чтобы понимать как выбрать котёл.
Принцип работы котла длительного горения на твёрдом топливе.
Как правило, такие твердотопливные котлы работают по принципу “верхнего горения”. Как работает котёл длительного горения? До того, как кислород попадает непосредственно в топку, где происходит горение, он подогревается. Греется для того, чтобы в итоге уменьшить количество отходов горения: сажи, золы. Кислород подаётся не снизу вверх, а сверху вниз. Таким образом горит только верхний слой твёрдого топлива, уложенного в топке. Из-за того, что воздух заходит сверху, он не проникает вниз и там процесс горения невозможен. Горит только верхний слой топлива. Когда верхний слой сгорает, включается подача на нижний слой. Так постепенно по мере сгорания воздух подаётся всё ниже и ниже. Благодаря такому подходу всегда горит верхний слой топлива, и нетронутым остаётся тот, что снизу, пока до него не дойдёт очередь. Это позволяет очень экономно расходовать топливо, и контролировать процесс горения. Именно с такой технологией твёрдое топливо горит очень долго.
Такие котлы не только экономичны но и экологичны. Конечно, при условии использования огнестойких строительных материалов, которые не только обеспечат максимальный КПД котла, изолируя тепло, но и обезопасят от возможных возгораний.
Наглядно понять, как работает пиролизный котёл, можно из этого ролика:
Верхнее подовое горение твердого топлива в котлах и печах
15.11.2018 1309
Самый чистый и более эффективный способ сжигания твердого топлива в котлах и печах
Сейчас сложился устойчивый стереотип, что горение топлива в топке может происходить только посредством подачи воздуха снизу закладки. Через колосники в зону горения. Но существует и альтернативный вариант – горение топлива сверху вниз.
Большинство котлов, продаваемых в России, имеет колосниковое исполнение топки, это обусловлено некоторой универсальностью по топливу. Колосниковая конструкция достаточно хорошо изучена продавцами и потребителями. Колосниковые котлы продавать легче. В связи с этим, в том числе, связано их более масштабное распространение.
Однако такая ситуация не везде. В странах, где есть более жесткие требования по выбросу СО? в атмосферу, верхнее горение считается более правильным. Оно позволяет добиться более полного сжигания топлива с наименьшим выбросом СО? в единицу времени и не сгоревших остатков топлива, меньшим в 4-5 раз, чем при объемном колосниковом сжигании.
Вопреки некоторому мнению, с точки зрения протекания природных процессов, такой тип горения более естественен, например, разведенный костер в лесу, обычно, горит тоже верхним или фронтальным горением, колосники в земле, для подачи воздуха снизу, редко кто делает.
Верхним горением называется также подовое и фронтальное. Подом называют глухой пол топливника. В подовом котле дрова, основной вид топлива, укладываются на под. Примерная конструкция топки может выглядеть так:
— Первичный воздух подается через канал подачи первичного воздуха, расположенный в загрузочной дверце котла, и проникает в укладку вдоль поленьев, то есть прямо в зону горения (горновое дутье), фронт горения постепенно перемещается к задней стенке топки с образованием минимального количества золы (менее 1%).
— Вторичный воздух, предварительно разогретый, подается через щелевое отверстие в верхней части дверцы котла с большой скоростью, дожигает образующиеся печные газы и распространяет горизонтальное зеркало горения поверх укладки.
Наиболее крупные поленья необходимо положить на дно топки, доложить поленья до половины высоты проема дверцы котла (чем выше укладка, тем тоньше поленья). Укладку необходимо выполнить плотной, сверху положить растопку (бересту, лучину).
Таким образом, дрова будут гореть с торцов и поверх укладки, а дрова, находящиеся внутри, будут служить запасом топлива, постепенно подпитывая процесс горения. Пиролитические газы, образующиеся при нагреве дров внутри закладки, будут дожигаться в горизонтальном верхнем горящем слое. Регулирование подачи первичного и вторичного воздуха позволит легко настроить мощность котла в широком диапазоне и обеспечить оптимальное горение дров.
При организации верхнего горения идет процесс интенсивной теплопередачи посредством инфракрасного излучения. При этом не происходит экранирование верхним слоем дров лучистой энергии, пока вся закладка не займется огнем, как происходит при классическом розжиге снизу на колосниках. По мере прогорания в процесс передачи лучистой энергии вовлекается дно топки, уменьшая конвективную составляющую тепловых потоков.
При подовом горении все образующиеся угли остаются в топке, не проваливаются через щели колосниковой решетки и полностью догорают, отдавая тепло. В топке с колосниками угли прогорают тоже практически полностью, но те из них, которые провалились сквозь колосниковую решетку, догорают уже в зольном ящике и не приносят никакой пользы для системы отопления, не участвуют в нагреве теплоносителя.
Верхнее горение – процесс цикличный, то есть закладка зажигается сверху и полностью прогорает, только после этого осуществляется следующая загрузка топлива. Весь процесс абсолютно не сложный и от пользователя требуется лишь незначительно изменить своим привычкам.
Есть утверждения, что верхним горением сжигать можно только дрова. Это не совсем так. Совершенно точно можно жечь топливные брикеты (прессованный измельченный опил), торфяные брикеты, бурый уголь, любое топливо, с температурой воспламенения ниже 400 °С. Можно сжигать и каменный уголь, если накидывать его сверху горящей закладки, допустим, из дров, небольшими порциями.
Например, производитель широко рекламируемых котлов «Stropuva» предлагает спокойно сжигать в них уголь верхним горением. Поэтому говорить о жёстком ограничении по топливу в подовых котлах – это неправильно. Главное, применять тактику при сжигании угля в обычных подовых топках – добавление топлива небольшими порциями. А если рассчитано топиться только дровами, то преимущества подовых топок более чем очевидны. Правильное сжигание может сэкономить до 30% используемого топлива.
Кроме этого, в подовых котлах горение закладки может происходить не только верхним горением, но и объемным, как на колосниках. Для этого необходимо на дно топки уложить растопку, разжечь, положить поверх небольшое количество сухих дров меньшего размера и закрыть дверцу топки. Когда дрова займутся огнем, доложить остальную укладку, не доводя высоту укладки на 10 см от верха проема дверцы.
При горении в объеме, уменьшается КПД котла, так как часть печных газов не успевает прореагировать с кислородом и вылетает в трубу. Дрова сверху экранируют нижнее пламя, ухудшая теплопередачу лучистой энергией до тех пор, пока дрова не займутся во всем объеме.
При полностью открытом шибере подачи первичного воздуха котел может развить мощность в полтора раза больше, чем его номинальная, при этом уменьшается время горения укладки. Если возникает необходимость добавления дров, когда дрова еще не прогорели, необходимо соблюдать меры предосторожности. Дрова или другое топливо можно накидывать на горящие угли небольшими порциями, не заглушая пламя.
Удалять золу из топки необходимо по мере накопления через 10-12 топок (зависит от состояния дров), при объемном режиме горения небольшой слой золы 1,5-2 см улучшает работу котла, так как зола экранирует тепло в толщу закладки, ускоряя процесс нагрева дров и выхода котла в номинальный режим.
Говоря о дыме из трубы, можно сказать, что густой серый дым – это газообразная составляющая топлива, улетающая в воздух.
Дым — это не сгоревшие газы, высвобождаемые из каждого типа угля и древесины при нагреве. Каждая тонна угля содержит 300 кг газов, а в тонне дерева находится более 700 кг газов! Эти газы сжигаются только при температурах 400-500 °C. При правильной температуре очага газы сгорают и дым превращается в почти прозрачные пары. Это правильное экономное сжигание угля и древесины.
Сам метод верхнего горения не создает каких-либо новых рисков, связанных с безопасностью при растопке, в сравнении с классическим использованием котлов и печей, и даже несколько уменьшает проблему взрыва газов или возгорание дымохода. Сам метод не является сложным, при эксплуатации отопительного оборудования всегда необходимо соблюдать осторожность и не делать того, в чем не уверены. Основной риск при верхнем горении связан с загрузкой слишком большого количества топлива.
Не перегружайте котел дровами, чрезмерная загрузка может быть причиной неустойчивого горения (пульсаций) с выбросом дыма в отверстия подачи воздуха, что является недопустимым при работе котла.
Отрегулируйте тягу в дымоходе. При его регулировке следует учитывать, что чрезмерное снижение тяги может привести к проникновению дыма и печных газов в помещение котельной, а слишком высокая тяга увеличивает скорость сгорания и скорость прохождения газов в конвективной части котла, снижает КПД и съем тепла. Чрезмерная тяга также может стать причиной неустойчивого горения дров (пульсаций) с выбросом дыма в отверстия подачи воздуха, что является недопустимым при эксплуатации котла.
В экономном сжигании угля и древесины нет ничего нового. Это создание условий в котле, при которых топливные газы имеют возможность сгореть, а в дымоход должны пойти почти прозрачные пары. Организация верхнего горения – это достижение самого чистого и более эффективного способа сжигания топлива.
Как работает пиролизный котёл. Устройство и принцип работы пиролизного котла.
Принцип работы пиролизного твердотопливного котла построен на процессе разложения твёрдого топлива на пиролизный газ и кокс. Достигается это с помощью недостаточной подачи воздуха. Из-за слабой подачи воздуха топливо медленно тлеет, но не горит, в результате образуется пиролизный газ. В результате газ соединяется с воздухом. происходит горение и выделяется тепло, которым греется теплоноситель. Благодаря такому процессу в дыму крайне мало вредных веществ, да и сажи и золы незначительно. Так что в случае с пиролизными котлами, так же можно говорить об экологичности.
Итак, рассмотрим подробнее принцип работы пиролизного котла.
- Что такое пиролиз? Пиролиз — процесс сжигания в условиях недостаточного количества кислорода. Результатом такого горения являются твёрдые продукты горения и газ: твёрдые отходы — это зола и смесь летучих углеводородов плюс углекислоты.
- Принцип работы газогенератора(или пиролизного котла), заключается в том, что такой твердотопливный котёл разграничивает процесс теплотворения на два процесса. Первый, это обычный процесс горения твёрдого топлива, при ограничении подачи кислорода. При дефиците воздуха, твёрдое топливо очень медленно тлеет выделяя газ. Ограничивает подачу кислорода, котёл очень просто, механической заслонкой, которая в зависимости от количества воздуха в топке, либо открывается либо закрывается. При этом можно вручную «поддать жару», приоткрывая заслонку.
- Вторая часть процесса сгорания топлива, заключается в прогорании летучих отходов процесса горения в первой топке. Во второй топке прогорает так называемый пиролизный газ — результат горения твёрдого топлива в первой топке.
- Регулировка при этом, также как и в случае подачи воздуха в первую топку, происходит очень просто. Термостат контролирует процесс горения и изменяет работу котла ровно настолько, насколько необходимо для выработки необходимого количества тепла. По принципу работы он не особо отличается от термостата для водонагревателя.
- Эффективность пиролизных котлов. На сегодняшний день самые эффективные котлы — те, в которых горение происходит сверху вниз. Конечно, это накладывает определённые сложности, например, в таких котлах приходится делать принудительную тягу, ведь вторая камера дожига пиролизного газа находится под колосником. Если проще: топливо рассыпается в продукта отходов процесса горения — в золу. При этом образовывается газ, который также дожигается. В результате: максимальное выделения тепла, практически с безотходным процессом горения. Плюс, золу можно использовать как удобрение.
Принцип работы пиролизного котла устроен таким образом, что помимо максимально эффективного сгорания топлива, мы имеем и минимальные отходы процесса горения. Основной минус — это цена пиролизных котлов, но положительных моментов, на самом деле очень много:
- Минимум отходов и минимальная чистка топки, в сравнении с другими твердотопливными котлами.
- Долгое время автономной работы без дозагрузок, благодаря экономичной подаче воздуха.
- Автоматизация процесса горения. Котёл сам регулирует когда увеличивать горение и когда уменьшать.
- Твёрдое топливо больших размеров подходит для таких котлов, так как в любом случае дожигание топлива проходит практически полностью.
Способы или устройства для сжигания только твердого топлива – F23B
Изобретение относится к области энергетики. Способ управления процессом генерирования мощности на энергетической установке с котлом при сжигании углеродосодержащего топлива с по существу чистым кислородом в режиме полной нагрузки включает: (а1) подачу первого питающего потока углеродосодержащего топлива в печь; (b1) подачу первого питающего потока из по существу чистого кислорода в печь для сжигания первого питающего потока углеродосодержащего топлива в кислороде; (с1) отвод отработавшего газа через канал отработавшего газа из печи; (d1) отбор тепла из отработавшего газа с помощью теплообменных поверхностей, расположенных в канале отработавшего газа, и (е1) рециркуляцию части отработавшего газа через канал рециркуляции отработавшего газа, соединенного с каналом отработавшего газа ниже по потоку от теплообменных поверхностей, на первой скорости рециркулирующего потока в печь, для образования вместе с первым питающим потоком из по существу чистого кислорода первого входного газового потока, имеющего заданное среднее содержание кислорода, при этом отработавший газ отводится из печи на первой скорости отвода потока, и во втором режиме нагрузки, соответствующем максимум 90% полной нагрузки:
(а2) подачу второго питающего потока углеродосодержащего топлива в печь;
(b2) подачу второго питающего потока из по существу чистого кислорода в печь для сжигания второго питающего потока углеродосодержащего топлива в кислороде;
(с2) отвод отработавшего газа через канал отработавшего газа из печи;
(d2) отбор тепла из отработавшего газа с помощью теплообменных поверхностей, расположенных в канале отработавшего газа, и
(е2) рециркуляцию части отработавшего газа через канал рециркуляции отработавшего газа на второй скорости циркулирующего потока в печь, для образования вместе со вторым питающим потоком из по существу чистого кислорода второго входного газового потока так, чтобы отвод отработавшего газа из печи производился на второй скорости отвода потока, при этом контролируется, чтобы вторая скорость рециркулирующего потока отличалась от первой скорости рециркулирующего потока на величину, обеспечивающую поддержание второй скорости потока отработавшего газа, по существу, на уровне первой скорости потока отработавшего газа для поддержания распределения теплоотдачи на теплопередающих поверхностях. Изобретение позволяет управлять процессом генерирования мощности путем сжигания топлива при различных условиях нагрузки. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Автоматика и механика твердотопливных котлов.
Несмотря на все уровни контроля за процессами горения и безопасности эксплуатации в целом, твердотопливные котлы практически не содержат сложных автоматических устройств. Именно благодаря тому, что чаще всего температура регулируется механикой, в котлах практически нечему ломаться. Кроме того сама конструкция котлов является простой и надёжной. Потому и монтаж твердотопливного котла своими руками выполнить реально, но лучше обратиться к специалистам. Даже сделать котельную своими руками можно, но зачем лишние проблемы, если можно всё доверить профессионалам?
