Твердопаливний котел на дровах з водяним контуром встановлюють в будинку з постійним проживанням людей. Період між закладками палива класичного агрегату не перевищує 4 ÷ 8 годин. Працюючий котел без нагляду не залишають. Змінити час топки дозволяють модернізовані котли тривалого горіння на дровах своїми руками, завантаження 24 години – оптимальний період роботи агрегату без проміжної закладки палива.

Котли тривалого горіння на дровах своїми руками, завантаження 24 години
Твердопаливний котел для обігріву побутових та промислових приміщень

Зміст

1 Котли на твердому паливі для опалення приватного будинку

1.1 Піролізні котли тривалого горіння

2 Котли тривалого горіння на дровах своїми руками, завантаження 24 години

2.1 Розрахунок розмірів топки для котла тривалого горіння на дровах

2.2 Саморобний котел тривалого горіння на дровах з вертикальною топкою (Бубафоня)

2.3 Принцип роботи та креслення піролізних котлів своїми руками

3 Монтаж дров’яних котлів в системі опалення

4 Установка котлів тривалого горіння на дровах своїми руками

Котли на твердому паливі для опалення приватного будинку

Базові моделі котлів тривалого горіння з водяним контуром на дровах для будинку розрізняють за матеріалом виготовлення, конструкції топки, теплообмінника, димоходу, способу завантаження і спалювання палива.

Дров’яної котел тривалого горіння з водяним контуром оснащують трубчастим (вертикальним) регістром або теплообмінником сорочкового типу. Корпусна конструкція практично виключає можливість закипання води в системах з природною циркуляцією.

В основу твердопаливного котла закладений принцип тривалого і економічного спалювання палива
В основу твердопаливного котла закладений принцип тривалого і економічного спалювання палива

Сталевий дров’яної котел тривалого горіння для опалення будинку має малу теплову інертність. Котловий контур з жароміцної стали витримує різкі скачки температури і тиску в системі. Недолік матеріалу – чутливість до корозії, яку підсилює температурне напруження металу. Міжремонтний період роботи агрегату зі сталі – 15 років.

Стінки чавунного теплообмінника дров’яного котла для опалення приватного будинку з батареями нагріваються і остигають довго. Крихкий сплав не призначений для критичних перепадів робочих параметрів системи.

Твердопаливний котел в напівавтоматичному режимі
Твердопаливний котел в напівавтоматичному режимі

Перевага чавуну обумовлено аморфністю матеріалу до кисневої корозії. Термін роботи котла з чавунним теплообмінником, при правильній експлуатації, за досягає 25 років.

Принцип роботи агрегату тривалого горіння – примусове, послідовне, спрямоване зверху вниз тління деревини, при якому виділяється метан, чадний газ і водень. Нестача кисню уповільнює швидкість поширення полум’я. Додаткова теплова енергія утворюється при спалюванні топкового газу. Потік йдуть продуктів горіння омиває поверхню теплообмінника на виході з котла. Конструкція дозволяє завантаження дров один раз на добу.

Піролізні котли тривалого горіння

Піролізні агрегати – одна з різновидів котлів тривалого горіння. Поетапне поділ процесу горіння підвищує ефективність і продовжує час роботи газогенератора. Топку піролізного котла розділяє спеціальна форсунка. У першому відсіку, під дією високих температур, закладка дров виділяє горючий газ. Другий служить для дожига продуктів розкладання деревини. У зольнику утворюється мінімальна кількість золи, а димар не обростає відкладеннями сажі.

Газогенераторні установки призначені для систем опалення житлових будинків, площа яких більше 100 м².

Піролізні дров’яні котли працюють до двох діб на одному завантаженні палива. Вартість продукту залежить від марки виробника, потужності і ступеня оснащення агрегату автоматикою.

Котли тривалого горіння на дровах своїми руками, завантаження 24 години

Потужність котла підбирають відповідно до конструктивних характеристиками будинку (площа, сумарні теплові втрати) і кліматичною зоною місця проживання. Як правило, ККД саморобного котла тривалого горіння на дровах не перевищує 80% (тобто п’ята частина тепла від згоряння палива втрачається в котлі).

Недолік теплової потужності стимулює роботу генератора в режимі інтенсивного горіння. Постійні пікові навантаження призводять до перевитрати дров, перевищення тепловтрат в два рази і передчасного зносу котла.

Розрахунок розмірів топки для котла тривалого горіння на дровах

Вид деревини, форма і довжина дров визначає розмір і еквівалентну площа камери згоряння. Питома і об’ємна щільність завантаження, теплота, яку дрова виділяють при згорянні – довідкові значення. Розрахунок обсягу завантаження допоможе обчислити витрату палива за сезон, організувати місця зберігання палива.

Важливо! Якість дров впливає на процес горіння. Великий вміст смол в дровах хвойних порід і висока вологість свежесрубленной деревини знижує ККД котла. Неповне згоряння сирих дров призводить до відкладення сажі і смол на поверхні підводу води стінках топки і димаря. Метал окислюється, гірше передає тепло, швидко прогорає.

Таблиця 1. Об’ємна теплота згоряння деревини різних порід:

Вид деревини (вологість не більше 20%) Теплотворна здатність, кВтг / кг Питома щільність дров, кг / м³ Густина, кг / дм³ Температура горіння, ° С
ялина 4,3 450 1,4 600
сосна звичайна 4,3 520 1,6 660
береза 4,2 650 1,9 890
дуб 4,2 720 2,0 900

Розглянемо приклад розрахунку обсягу завантажувальної камери дров’яного котла.

Початкові дані:

  • потужність котла 10 кВт;
  • обсяг одного завантаження повинен забезпечити роботу агрегату протягом доби;
  • паливо – березові дрова, довжина полін 0,60 ÷ 0,65 м;
  • вологість деревини 20%.

При згорянні 1 кг березових дров виділяється 4,2 кВт теплової енергії. Задану потужність (10 кВт) забезпечить спалювання 2,4 кг дров на годину (10 / 4,2 = 2,381).

Кубометр березових дров важить 650 кг. Часовий витрата палива складе ≈ 0,004 м³ / год (2,4 / 650 = 0,0037).

Вага закладки, який повинен витримати колосник з форсункою ≈ 60 кг (2,381х24 = 57,144).

Березові дрова лягають нещільно, тому обсяг закладки збільшиться в 1,9 рази – до 0,008 м³ / год (0,004х1,9 = 0,0076).

За умовою – завантаження 1 раз в 24 години, відповідно обсяг палива 0,2 м³ (0,008х24 = 0,192).

Якщо взяти до уваги довжину полін 0,6 ÷ 0,65 м, то оптимальна глибина топки складе 0,7 м.

Приймемо висоту закладки палива 0,6 м. Ширина топки 0,5 м (0, 2 / 0,7 / 0,6 = 0,476).

Робочий розмір топки дров’яного котла для опалення будинку (площа 80 м², березові дрова) – 0,7х0,6х0,5 м. Загальні габарити готового котла збільшаться вдвічі, якщо врахувати товщину обшивки, розмір теплообмінника, повітряної і камери допалювання, зольника, каналів для видалення димових газів.

Регульоване і збалансоване горіння зменшить швидкість природного поширення полум’я. Обмежена подача первинного і вторинного повітря в топку забезпечить недолік кисню і продовжить час роботи саморобного котла в 1,8 рази. Завдяки цьому можна зменшити розрахунковий витрата дров і, отже, розміри агрегату.

Саморобний котел тривалого горіння на дровах з вертикальною топкою (Бубафоня)

Котли тривалого горіння своїми руками монтують з листової сталі (товщина 4 ÷ 6 мм), товстостінних труб (Ду 300 мм) і циліндричних ємностей відповідного розміру. Найпростішу конструкцію ( «Слобожанка» або «Бубафоня») збирають з газового балона або бочки. Принцип пристрою копіює прибалтійський котел «Стропува».

Ємність вертикальної топки використовують для спрямованого зверху вниз горіння дров. Процес супроводжує рівномірне ущільнення завантаження, виділення і дожиг деревних газів, і відведення продуктів горіння в димар.

Первинне повітря до дзеркала горіння подають по вертикальній трубі. Статичну або телескопічну конструкцію монтують у верхній стінці котла. Ось поршня проходить по центру циліндричної топки. Зазор між коміром і трубою подачі первинного повітря оформляють приварним бортиком, який забезпечує вільний хід штока і мінімальний підсос повітря в повітряну камеру для допалювання деревних газів.

Креслення металевої печі з топкою довгого горіння
Креслення металевої печі з топкою довгого горіння

Спалювання піролізних газів збільшує ККД котла. Кришка-заслінка у верхній частині труби регулює забір повітря. Знизу приварений диск з лопатями, які розсікають потік повітря в зоні горіння. Матеріал для розподільника вибирають з урахуванням теплоємності. Діаметр диска трохи менше розміру топки.

Конструктивні пропорції котла «Бубафоня»:

  • оптимальний діаметр корпусу 300 ÷ 800 мм;
  • висота котла – в діапазоні 3 ÷ 5 діаметрів;
  • товщина стінок 4 ÷ 6 мм;
  • діаметр диска менше поперечного перерізу камери згоряння на 10%;
  • товщина диска обернено пропорційна діаметру (важкий млинець продавить зону горіння і загасить полум’я, легкий – призведе до ефекту зворотного горіння);
  • вигнуті лопаті утворюють спрямований турбулентний потік повітря для спалювання піролізних газів;
Саморобний котел тривалого горіння "Бубафоня" з вертикальною топкою
Саморобний котел тривалого горіння “Бубафоня” з вертикальною топкою
  • діаметр труби подачі повітря приймають як 0,55 від S (площі поперечного перерізу вихідного патрубка димоходу);
  • зазор між трубою і коміром не перевищує 2,5 мм;
  • висота труби для забору повітря (в нижньому положенні) піднімається над коміром на 150 мм.

Площа перетину патрубка димоходу на виході з котла тривалого горіння визначають за емпіричними формулами:

S = 1,75хN (м²) , де

S – площа перетину вихідного патрубка (см² або м²);

N – теплова потужність котла (кВт / год);

1,75 – коефіцієнт, отриманий емпіричним шляхом (м²ч / кВт).

Креслення печі тривалого горіння
Креслення печі тривалого горіння
N = m * qw (кВт / год) , де

m – маса дров одного завантаження (кг);

qw – питома тепловіддача дров певної вологості (кВт / кг).

Масу завантаження для саморобних котлів тривалого горіння на дровах визначають по робочому об’єму топки (Vk) і питомою вагою дров (md):

m = Vk * md (кг) , де

Vk = πD² / (4 * hт) (дм³), де

hт – висота завантажувального камери.

Таблиця 2. Збалансований розмір елементів в системі розподілу первинного повітря для котла Бубафоня:

Діаметр топки котла, мм Товщина диска, мм Висота напрямних ребер
розподільника повітря, мм
300 8-10 40
400 6-8 50
600 4-6 60
800 2,5-4 80

Зверніть увагу! Помістити трубчастий теплообмінник в топку неможливо. Потрібно зовнішній циліндричний корпус більшого діаметру або конструкція, яку вбудовують в димохід.

Принцип роботи і креслення піролізних котлів своїми руками

Саморобні піролізні агрегати встановлюють для опалення будинків великої площі. Конструкція топки, форсунки і димових каналів ускладнює складання саморобних газогенераторів. Примусова циркуляція теплоносія і подача повітря в зону горіння означають залежність роботи котла від зовнішніх факторів. Знизити ризик аварійної поломки котла дозволяє шибер для скидання теплової енергії і теплообмінник сорочкового типу.

Схема саморобної газогенератора з примусовою подачею повітря в зону горіння: 1 - корпус котла; 2 - завантажувальні дверцята; 3 - дверцята зольника; 4 - а вентилятор подачі повітря в зону горіння; 5 - камера завантаження і зона первинного горіння палива; 6 - технологічний отвір для прочищення каналів димоходу; 7 - камера згоряння деревних газів; 8 - сорочка теплообмінника; 9 - канал для відведення відпрацьованих газів; 10 - випускна горловина димоходу; 11 - регулювальний шибер димоходу (11а - ручка шибера); 12 - вихідний патрубок в розподільний трубопровід; 13 - зворотний патрубок, по якому остиглий теплоносій надходить з системи опалення; 14 - гільза вузла контролю (термоманометр); 15 - люк для прочищення димових каналів
Схема саморобної газогенератора з примусовою подачею повітря в зону горіння: 1 – корпус котла; 2 – завантажувальні дверцята; 3 – дверцята зольника; 4 – а вентилятор подачі повітря в зону горіння; 5 – камера завантаження і зона первинного горіння палива; 6 – технологічний отвір для прочищення каналів димоходу; 7 – камера згоряння деревних газів; 8 – сорочка теплообмінника; 9 – канал для відведення відпрацьованих газів; 10 – випускна горловина димоходу; 11 – регулювальний шибер димоходу (11а – ручка шибера); 12 – вихідний патрубок в розподільний трубопровід; 13 – зворотний патрубок, по якому остиглий теплоносій надходить з системи опалення; 14 – гільза вузла контролю (термоманометр); 15 – люк для прочищення димових каналів

Корпус котла зварений з товстостінної (4 ÷ 5 мм) листової сталі. Завантаження дров – фронтальна. Теплове випромінювання передається склепіння котла, бічних стінок камери і нагріває повітря, що надходить в зону горіння. Щільність і герметичність камери згоряння забезпечує затвор з відбивачем і поворотним болтом на завантажувальному і зольному люках. Повітря в топку подається примусово, вентилятором.

Сорочка теплообмінника повністю охоплює топку і частково камеру допалювання піролізних газів. Зазор (3 ÷ 5 см) заповнений водою. Теплообмін задньої стінки збільшений: з одного боку теплообмінник межує з топкою, інша стінка сорочки стикається з каналом димоходу. Вбудований по ходу руху димових газів теплообмінник знижує температуру димових газів до 100оС. Внутрішній об’єм котлового контуру приймають 5 ÷ 25% від сумарної ємності системи опалення.

Типова схема обв'язки піролізного котла
Типова схема обв’язки піролізного котла

Патрубок подачі теплоносія в систему споживача розміщено в верхній частині. Врізка зворотного трубопроводу – знизу. Охолодження поворотного теплоносія нижче 65 ° С, небезпечно випаданням на стінках теплообмінника кислотного конденсату, який руйнує сталь. При невеликій потужності котла температуру між прямого та зворотного лінією вирівнюють за допомогою установки перепускного клапана. Котловий контур великого будинку доповнюють елеваторним вузлом і циркуляційним насосом.

Решітка в саморобних котлах тривалого горіння служить опорою паливного завантаження. Розпечені дрова лежать на колосниках, обкладених шамотом. Дюзи в тілі колосника служать форсункою, через яку горючий газ надходить в зону догорання палива.

Попіл і зола прокидаються в зольник. Малопотужним котлам, з рівномірним розподілом теплового навантаження по дзеркалу, підходять стандартні колосники з литого чавуну.

Схема опалення котлом в приватному будинку
Схема опалення котлом в приватному будинку

Відпрацьовані гази потрапляють в канали і через горловину димоходу виходять з котла (формула площі перетину горловини димоходу приведена в прикладі вище). Регулювальний шибер димоходу відкривають при необхідності.

Конструкція дозволяє дозагрузку палива без повного гасіння котла або форсоване скидання теплової енергії при відключенні електрики. Розпечений деревне газ йде з топки в обхід камери допалювання і димохідних каналів.

Перетин і висота димоходу передбачає роботу енергонезалежного саморобного котла на природній тязі. Нормальну тягу піролізного котла забезпечить висота димової труби 6 м.

Отримані дані відображають на масштабному кресленні котла тривалого горіння своїми руками, за яким визначають обсяг та орієнтовну суму на придбання витратних матеріалів.

Схеми пристрою піролізних котлів різних типів
Схеми пристрою піролізних котлів різних типів

Важливо! Якщо самостійно розібратися з розрахунком параметрів котла не виходить, то слід звернутися за допомогою професіоналів. Спеціалізовані інтернет ресурси пропонують для виготовлення своїми руками піролізного котла тривалого горіння креслення. Відео уроки, з детальними поясненнями монтажу, додаються до комплекту технічної документації.

Монтаж дров’яних котлів в системі опалення

Самостійне виготовлення котла має на увазі наявність навичок і досвіду у виробництві зварювальних, електромонтажних та слюсарних робіт. Стане в нагоді знання фізики, теплотехніки, матеріалознавства, правил монтажу систем опалення.

Необхідно дотримання прийомів і методів техніки безпеки. Для складання котла необхідно обладнане приміщення і інструмент.

Матеріал для виготовлення піролізного котла:

  • листова сталь товщиною 6, 5 і 4 мм (топка, сорочка теплообмінника і корпус);
  • куточок зі сторонами полиць 50 мм (ребра жорсткості каркаса);
  • труба сталева (обв’язка теплообмінника з системою опалення);
  • відповідний за розміром чавунний колосник або прут круглий діаметром 20 мм;
  • цегла шамотна;
  • вентилятор відцентровий;
  • готові дверцята з відбивачем, кріпленням, ручкою і замком;
  • група безпеки (температурний датчик, манометр).

Зварні деталі маркують крейдою (місце з’єднання, № деталі, розміри). Спеціалізовані організації пропонують послуги з різання матеріалу за місцем його придбання.

Інструменти для виготовлення котла:

  • зварювальний апарат постійного струму;
  • електроди (діаметром 3 ÷ 5 мм);
  • електрична дриль;
Схема підключення опалювального котла
Схема підключення опалювального котла
  • кутові шліфувальні машинки (під великий 230 мм і малий 125 мм коло);
  • штангенциркуль, рулетка, рівень.

Збірку котла починають з внутрішнього корпусу. Якість зварних швів повинно забезпечити міцність і щільність конструкції, яка знаходиться в безпосередньому контакті з теплоносієм.

Установка котлів тривалого горіння на дровах своїми руками

Піролізний котел для автономної системи опалення у своєму розпорядженні в окремому спеціально пристосованому, захищеному від загорянь, приміщенні. Котельню обладнають системою припливної вентиляції. Агрегат повинен бути віддалений від стін на відстань не менше 20 см.

Нормативне значення ваги для саморобних котлів тривалого горіння на дровах – 250 кг / м². Дотримання умови допускає установку агрегату на рівній стійкій поверхні без фундаменту. Площа місця установки виносять за проекцію корпусу агрегату на 15 см (перед топковими дверцятами 30 см).

Пристрій сталевого твердопаливного котла Buderus Logano
Пристрій сталевого твердопаливного котла Buderus Logano

Пол застеляють азбестом або базальтовим картоном, (товщина 4 ÷ 6 мм). Зверху кладуть лист оцинкованого покрівельного заліза (товщина 2 мм). Прямий контакт статі з корпусом виключають опорні конструкції – ніжки котла.

Поверхня димоходу обов’язково покривають теплоізоляцією. Утеплення запобіжить різкий перепад температур і утворення конденсату в димоході. Товщина шару утеплювача залежить від температури димових газів. Бажано використовувати сендвіч-трубу з нержавіючої сталі, стійкої до агресивного середовища. При відсутності природної тяги встановлюють димосос.

Естетика кустарного виробництва поступається дизайну заводських моделей, але самостійно зібраний агрегат відповідає вимогам конкретної системи опалення. Не варто забувати, що виготовлення за готовими кресленнями (відео) своїми руками котла тривалого горіння, знизить витрати на його облаштування як мінімум в 2 рази.

Буде цікаво:
Котли тривалого горіння на дровах своїми руками