Конструкции различных котлов и горение топлива в них
Для эффективного и безопасного сжигания различных видов топлива надо правильно выбирать соответствующие котлы. Поэтому ниже показан процесс горения топлива в котлах различных конструкций.
4.4.1. Котлы для сжигания твердого топлива и горение в них
Большинство твердотопливных котлов могут работать на нескольких видах топлива - буром угле, антраците, коксе, дровах, топливных брикетах, торфе и т. д. (рис. 19). Калорийность разных видов топлива существенно отличается, поэтому мощность котла и время работы от одной загрузки на разных видах топлива будет различной.
Рис. 19. Различные виды твердого топлива для котлов.
Покупатель, приобретая котел, часто думает, что мощность котла будет одинаковой, независимо от вида сжигаемого топлива. В действительности же падение мощности при сжигании менее калорийного топлива может достигать 25-30% (при соблюдении допустимой влажности топлива). При работе котла на топливе влажностью 30-40% потеря мощности будет еще больше.
Производители указывают, какое топливо необходимо использовать как основное, а какое топливо можно использовать как дополнительное. Желательно использовать основной вид топлива, на нем котел может работать продолжительное время без вреда для него.
Модельный ряд твердотопливных котлов представлен двумя видами котлов: изготовленными из чугуна или стали. Однозначного ответа, какой материал лучше подходит для твердотопливного котла (чугун или сталь), нет.
Производители специализируются как на чугунных, так и на стальных котлах. При выборе твердотопливного котла в первую очередь необходимо учитывать основные характеристики и задачи, с которыми должен справиться котел: мощность, вид топлива, объем камеры загрузки, длительность горения, экономичность и безопасность, а также цену. Понимание особенностей материала твердотопливного котла необходимы для правильной его эксплуатации и обслуживания.
Чугунный котел представляет собой секционную конструкцию. Каждая секция может быть отделена друг от друга. Разборная конструкция удобнее при транспортировке, монтаже или обслуживании котла в случае его поломки или разгерметизации (рис. 20).
Рис. 20. Устройство и основные элементы чугунного котла.
Чугун в процессе эксплуатации покрывается сухой ржавчиной, представляющей собой пленку оксида железа (это так называемая химическая коррозия). Как правило, сухая ржавчина не прогрессирует. Влажной коррозии чугун подвергается значительно медленнее, чем сталь. Чугунные теплообменники можно реже чистить - их КПД, даже из-за появления нагара в процессе эксплуатации, снижается меньше.
Небольшим недостатком чугунного теплообменника является возможность термического удара: если в неостывший чугунный теплообменник попадет холодная вода, он может треснуть, поэтому следует избегать значительной разницы температур между подающей и обратной линиями. Тепловая инерционность чугунных котлов выше, они долго нагреваются, но с другой стороны, и медленнее остывают.
Стальной котел представляет собой цельный моноблок, который собирается и сваривается в заводских условиях.
Котлы, изготовленные из стали, в меньшей степени подвержены разрушению от резкой смены температуры. Сталь эластичнее чугуна и без проблем переносит разницу температур, даже если подпитка котла холодной водой осуществляется в обратную линию. Способность стали легко переносить изменение температуры позволяет твердотопливным котлам со стальным теплообменником более широко использовать автоматику котла. Стальные котлы реагируют быстрее чугунных котлов, они быстрее остывают и быстрее нагреваются.
Однако не стоит забывать, что при больших и частых перепадах температуры у стали возможно появление «усталостных зон» и, как следствие, трещин в местах, ослабленных сваркой. Если стальной котел проржавел или поврежден отложениями солей жесткости, то ремонт, скорее всего, будет просто невозможен - получить сварку заводского качества в домашних условиях практически нереально. Фактически прогоревший стальной котел придется выбрасывать, тогда как у чугунного котла поврежденную секцию мастер просто заменит.
Традиционные твердотопливные котлы (рис. 21) по своей конструкции напоминают обычную печь с окном для подачи топлива, топкой и дымоходом. Топливом для традиционного твердотопливного котла может послужить как уголь, так и дерево. Основным элементом традиционного твердотопливного котла является теплообменник, который обеспечивает передачу теплоносителю тепловой энергии.
Очевидным плюсом традиционного твердотопливного котла малой мощности, пригодного для индивидуального теплоснабжения, является отсутствие электронных плат, автоматики и всевозможных систем управления, которые в первую очередь выходят из строя. Единственное устройство автоматизации - регулятор температуры, работающий по механическому принципу, поэтому традиционный твердотопливный котел является не только достаточно универсальным, но и надежным, способным долгое время проработать без текущего ремонта.
Рис. 21. Традиционная конструкция твердотопливного котла.
Пиролизные котлы производят тепловую энергию, сжигая твердое топливо. Пиролизный котел имеет более высокий КПД, а, следовательно, с меньшего объёма древесины можно получить больше тепловой энергии, чем при аналогичной работе традиционного котла.
Сгорание древесины проходит по трем фазам согласно принципу газообразованию при горении дров:
1 - сушка дров;
2 - дегазация (приблизительно 85 % веществ при сгорании дров превращаются в горючие газы, остальные остаются древесным углем);
3 - сгорание - при температуре свыше 600 оC горючие газы окисляются и воспламеняются и образуется горящий слой древесного угля. Приблизительно с 900 оC до 1000 оC происходит термическое разложение древесного угля и окисление углерода в нем.
Имеющийся в котле вентилятор направляет пламя вниз, делая весь процесс сгорания топлива управляемым. Кроме того, постоянная подача в зону горения кислорода гарантирует полное окисление горючих газов. Для этого, в дополнение к основному воздуху, подается предварительно подогретый вторичный воздух для постсгорания.
Котлы длительного горения (котел верхнего горения) – это разновидность твердотопливного котла, в котором подача воздуха и процесс горения ограничиваются верхней частью топливного слоя. Такая схема позволяет загружать в топку одновременно значительное количество топлива. Такие котлы характеризуются как котлы длительного горения и требуют более редкого обслуживания.
Пеллетный котел – это твердотопливный котел, который в качестве топлива использует древесные топливные гранулы. Древесные гранулы изготавливаются из древесных отходов: стружек, опилок и прочих остатков от деревообрабатывающей промышленности.
По своей сути пеллетный котел мало чем отличается от традиционного твердотопливного котла, в котором происходит сжигание древесины. Основное отличие заключается в том, что пеллетный котел кроме топочной камеры снабжен специальным бункером и автоматикой для подачи топлива (рис. 22-25).
Рис. 22. Котел с бункером для топлива и автоматикой его подачи.
Рис. 23. Котлы с бункером для топлива и автоматикой его подачи.
Рис. 24. Котлы с бункером для топлива и автоматикой его подачи.
Рис. 25. Котел с бункером для топлива и автоматикой его подачи.
Рис. 26. Схема котла и происходящих в нем процессов.
Рис. 27. Устройство котельного агрегата для сжигания дров.
Рис. 28. Устройство котла для сжигания дров.
Рис. 29. Устройство котла для сжигания дров.
Рис. 30. Устройство котла для сжигания твердого топлива.
Рис. 31. Устройство котлов для сжигания твердого топлива.
Рис. 32. Устройство котлов для сжигания твердого топлива.
Рис. 33. Устройство котлов для сжигания твердого топлива.
Рис. 34. Устройство котлов для сжигания дров.
Рис. 35. Устройство котла для сжигания дров.
Рис. 36. Твердотопливный промышленный котел.
Рис. 37. Котлы для работы на разных видах топлива (твердом, жидком, газе).
Рис. 38. Устройство котла для сжигания твердого топлива.
Рис. 39. Устройство котла для сжигания дров (три вида котла).
Рис. 40. Устройство котлов длительного горения на дровах.
Рис. 41. Устройство котла длительного горения на дровах (два вида).
Рис. 42. Устройство котла длительного горения на дровах.