Твердотопливный котел в разрезе: как устроен, типы и конструкции, что можно своими руками, обвязка и установка

Содержание

Схема твердотопливного котла длительного горения

В нынешние времена мало кто из домовладельцев готов приобретать отопительную технику, не разобравшись досконально, за что он платит свои кровные. Это касается и твердотопливных котлов, чей ассортимент достаточно широк. Но одному человеку достаточно знать технические характеристики оборудования, а другому важно понять принцип работы того или иного теплогенератора. Представляем вашему вниманию существующие на данный момент схемы твердотопливных котлов с описанием их работы. Они могут различаться в деталях у разных изделий, но на общий принцип это не повлияет.

Классические твердотопливные котлы

Это самый распространенный вид отопительных установок, сжигающих твердое топливо, их еще называют котлами прямого горения. В силу простоты конструкции данные агрегаты – самые дешевые из всех и потому приобретаются домовладельцами чаще всего.

Также популярны они и среди мастеров – самодельщиков, оттого и чертежи по изготовлению традиционных теплогенераторов отыскать несложно. Агрегаты можно условно разделить на 2 типа:

энергонезависимые, работающие на естественной тяге дымохода;
наддувные, с принудительным нагнетанием воздуха.

Первые функционируют по принципу обычной печи, только «одетой» в водяную рубашку. Объемная топливная камера располагается над зольником, отделяемая от него колосниками. Воздух из помещения поступает в топку через заслонку в дверце зольника и колосниковую решетку. Его количество регулирует термостат с цепным приводом, ориентирующийся на температуру воды в рубашке котла и управляющий воздушной заслонкой механически. Для лучшего восприятия процесса ниже показана схема твердотопливного котла:

Дымовые газы, выделяющиеся в топке, проходят через жаровые трубы теплообменника, омываемые снаружи водой. В зависимости от конструкции отопителя, продукты горения могут совершить 2 или 3 хода по газоходам, интенсивно обмениваясь теплом с водяной рубашкой. Отдав свою теплоту, газы покидают агрегат посредством дымохода.

Примечание. В приведенной схеме теплогенератора жаровые трубы расположены горизонтально. Есть модели и с вертикальными газоходами, но решающего значения это не имеет.

Энергонезависимые твердотопливные агрегаты не могут похвастать высоким КПД, максимум – 70%. Длительность горения зависит от объема топливника и режима работы, хотя настоятельно рекомендуется использовать их совместно с теплоаккумулятором. Второй тип котлов – более продуктивный, их КПД достигает 75% за счет принудительной подачи воздуха вентилятором. Устройство такой установки хорошо отражает схема работы твердотопливного котла, представленная ниже:

Котлы длительного горения

Данные агрегаты по эффективности не лучше традиционных, их показатели примерно такие же: у атмосферных котлов – до 70%, у наддувных – до 75%. А вот продолжительность горения с одной закладки дров или угля у них и вправду увеличена. Это достигается благодаря следующим техническим решениям:

увеличенные размеры топливной камеры, куда вмещается вдвое больше дров, нежели в обычный котел;
способ сжигания нетрадиционный – сверху вниз.

Такие теплогенераторы имеют цилиндрическую форму, поскольку реализовать идею в прямоугольном корпусе вряд ли возможно. Топка наполняется дровами доверху, разжигается сверху, а затем на них с помощью телескопической трубы опускается груз с отверстием для прохода воздуха. По мере прогорания груз опускается, из-за чего воздух все время подается непосредственно в зону пламени. На иллюстрации ниже изображена схема твердотопливного котла длительного горения:

Воздух проходит по телескопической трубе тоже сверху вниз, побуждаемый естественной тягой дымохода либо нагнетаемый вентилятором. Конструкцией не предусмотрен теплообменник, процесс нагрева теплоносителя происходит напрямую, хотя дымовые газы тоже успевают отдать часть своего тепла. Благодаря описанному способу сжигания котел и система отопления могут работать с одной загрузки древесины до 12 часов, а угля – до 2 суток.

Пиролизные котлы

Принцип действия данных теплогенераторов основан на раздельном сжигании в двух камерах, сообщающихся между собой через форсунку из огнеупорного кирпича. В первичной камере, расположенной сверху, тлеют дрова при ограниченной подаче воздуха вентилятором. В результате происходит процесс пиролиза, иначе – газификации, при котором выделяется смесь горючих газов. Она перемещается во вторую камеру, где и дожигается при поступлении вторичного воздуха. Рабочая схема пиролизного котла, работающего на твердом топливе, выглядит следующим образом:

Дымовые газы из вторичной топки попадают в жаротрубный теплообменник в виде вертикальных газоходов, окруженных водяной рубашкой. Там они остывают, передавая тепло воде, и покидают котел через дымоходный патрубок. Производительностью вентилятора управляет электронный блок – контроллер, ориентируясь на показания датчиков давления и температуры.

В целом теплогенератор имеет неплохие показатели эффективности – порядка 80%, но при этом агрегат существенно дороже классического. Кроме того, котел показывает высокий КПД только при работе на сухих дровах, хотя это утверждение справедливо и для других твердотопливных агрегатов.

Котлы на пеллетах

Эта группа теплогенераторов – самая прогрессивная из всех, хотя и самая дорогая. Недешево обойдется как сам отопитель, так и его установка с подключением. Но пеллетные котлы стоят своих денег: они эффективны (КПД – до 85%), полностью автоматизированы и лишены инертности, присущей остальным твердотопливным «собратьям». Поскольку запаса топлива в бункере хватает на 3—7 дней работы, то их можно смело отнести к агрегатам продолжительного горения.

Конструктивно установки схожи с газовыми отопителями, поскольку снабжаются горелками двух типов: ретортной и факельной. На рисунке представлен чертеж твердотопливного котла длительного горения на пеллетах с разными типами горелок:

Организация теплопередачи здесь такая же, как и в других теплогенераторах, — с помощью жаротрубных теплообменников. Высокая эффективность достигается за счет другого: сухого качественного топлива и контролируемого автоматикой сжигания. Но если попадутся влажные либо рыхлые пеллеты, то и КПД агрегата резко снизится.

Для справки. По такому же принципу действуют и автоматические угольные котлы, только горелки в них бывают одного типа – ретортные.

Немного о контурах для ГВС

В силу своих особенностей любые твердотопливные отопители мало приспособлены для прямого нагрева воды на нужды ГВС. Тем не менее некоторые производители все же встраивают в свои изделия второй контур в виде змеевика. При этом схема двухконтурных твердотопливных котлов бывает разной, змеевик может располагаться внутри водяной рубашки и прогреваться от теплоносителя. В других моделях его помещают внутрь топливника либо над ним.

Оптимальный вариант – не помещать теплообменник внутрь дровяного теплогенератора, а готовить воду в бойлере косвенного нагрева, что будет служить одновременно и тепловым аккумулятором. Но приобрести подобное оборудование не всем под силу, поэтому пользователям все еще интересны двухконтурные агрегаты, хотя обеспечить все потребности в горячей воде они вряд ли смогут. Ниже представлена схема установки котла функцией подогрева воды для ГВС:

Заключение

Как видите, устройство и принцип работы теплового оборудования на твердом топливе может весьма различаться. Необходимо отметить, что для удобства схемы различных котлов представлены в порядке удорожания конструкции. Вам остается только обработать эту информацию и сделать для себя правильный выбор.

Как сделать своими руками котел твердотопливный длительного горения: чертежи

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Иногда целесообразно сделать своими руками котел твердотопливный длительного горения: чертежи и схемы есть в свободном доступе. Умение обращаться с инструментом и умелые руки оказывают хорошую услугу при строительстве собственного дома или дачи. Там всегда есть необходимость сооружения какой-либо конструкции самостоятельно. Ведь это значительно удешевляет любую затею. Не исключение и отопительные агрегаты. В старые времена люди нанимали печника для кладки кирпичных печей. Сегодня наиболее востребованными стали котлы на твердом топливе длительного горения.

Твердотопливный котел длительного горения вполне реально сделать самостоятельно

Принцип работы твердотопливных котлов и их устройство

Твердое органическое топливо является самым древним источником энергии для человечества. Отказаться от него полностью, даже в современном мире, невозможно. Тем более, что кроме дров и каменного угля сегодня появилось множество других видов горючих твердых веществ:

брикеты из торфа – высушенный и спрессованный торф выделяет много тепла при сгорании;

брикеты из отходов деревообрабатывающего производства – сжатые опилки, стружка и кора деревьев;
березовый уголь – такой же, как для мангала;
переработанный мусор со свалок;
топливные отопительные гранулы – мелкое топливо, полученное прессованием опилок. Могут подаваться автоматически;
обычные сухие опилки.

Различные варианты сырья для использования в твердотопливных котлах

Ясно, что все это топливо получено путем переработки различных отходов, что решает проблему утилизации на предприятиях и идет в русле «зеленой» экономики.

Полезный совет! Самым доступным топливом, из перечисленных выше, являются древесные опилки. Если вы намереваетесь использовать их для отопления – следите, чтобы они были с влажностью менее 20%. Большие показатели этого параметра не позволят вырабатываться пиролизному газу, так как большая часть энергии нагрева будет идти на просушку топлива.

В результате деятельности человека образуется колоссальное количество отходов, которые могут быть преобразованы в высокоэнергетическое топливо, что и обусловило появление на рынке котлов отопления на твердом топливе длительного горения. В отличии от обычных печей, эти агрегаты работают не на сгорании самого топлива, а на его расщеплении в результате нагревания. В рабочей камере таких котлов сгорают газообразные продукты распада твердого топлива. Такая схема работы является в несколько раз более эффективной, чем обычное сжигание органического топлива. Пиролизный газ, отдает большое количество энергии.

Принцип работы твердотопливного котла длительного горения

Устройство такой газогенераторной установки не очень сложное. Можно даже соорудить своими руками котел твердотопливный длительного горения. Чертеж простейшего варианта выглядит следующим образом:

закрытый цилиндрический бак, который имеет люк для закладки топлива, поддувало и отверстие для установки дымохода;

внутри бака расположен распределитель воздуха, который создает завихрение пиролизного газа. Он крепится к подвижной телескопической трубе. Вся эта конструкция, похожая на поршень, давит на топливо сверху. Сгорание газа происходит над поршнем, а топливо тлеет под ним;
теплообменник встроен в верхней камере, где достигается максимальная температура.

Медленное тление твердого топлива происходит в нижней камере. Оно достигается регулировкой подачи воздуха в поддувало. Выделяемый газ интенсивно горит в верхней камере и нагревает теплоноситель.

Схема системы отопления частного дома с использованием твердотопливного котла

Полезный совет! Не стоит использовать простейшую конструкцию для изготовления котла, который будет обогревать жилой дом на постоянной основе. Для этого нужно, либо приобрести готовое изделие, либо сделать более сложный и надежный вариант.

Котлы на твердом топливе длительного горения могут быть незаменимы в частных домах, в хозяйственных сооружениях, гаражах и теплицах. Особенно они будут выгодны там, где имеется крупное деревоперерабатывающее производство, так как отходы на таких предприятиях отдают практически бесплатно. Необходимы эти агрегаты и в местностях, где бывают регулярные перебои с газоснабжением. У таких установок есть много преимуществ, но существует и один важный недостаток – очень высокая стоимость. Именно поэтому сегодня актуально изготовление своими руками котлов твердотопливных длительного горения. Чертежи для этого можно использовать разной степени сложности. Это зависит от уровня мастерства.

Статья по теме:

Как сделать своими руками котел твердотопливный длительного горения: чертежи и схемы

Перед тем, как начать изготовление котла, необходимо определиться с его конструкцией. Ее выбор зависит от назначения агрегата. Если он предназначен для отопления небольшого хозяйственного помещения, гаража или дачного домика, то делать в нем водяной контур не обязательно. Обогрев такого помещения будет происходить непосредственно от поверхности котла, путем конвекции воздушных масс в помещении, как от печи. Для большей эффективности можно устроить принудительное обдувание агрегата воздухом при помощи вентилятора. При наличии системы жидкостного отопления в помещении, необходимо предусмотреть устройство в котле контура в виде змеевика из трубы или другой аналогичной конструкции.

Схема подключения твердотопливного котла к системе отопления

Выбор варианта зависит и от типа твердого топлива, которое нужно будет использовать. Для отопления обычными дровами требуется увеличенный объем топки, а для применения мелких топливных гранул можно устроить специальную емкость, из которой гранулированное топливо подается в котел автоматически. Для изготовления котла твердотопливного длительного горения своими руками, чертеж можно взять и универсальный. Он подойдет для любого вида используемого твердого топлива.

Чертеж твердотопливного котла длительного горения мощностью 25/30/40 кВт

Расскажем пошагово, каким образом и из каких деталей можно сделать котел отопления на твердом топливе длительного горения по предложенной схеме:

подготовим место, где будет установлен будущий агрегат. Основание, на котором он будет стоять, должно быть ровным, прочным, жестким и огнеупорным. Лучше всего для этого подойдет бетонный фундамент или толстая чугунная либо стальная плита. Стены нужно обить тоже огнеупорным материалом, если они деревянные;
собираем весь необходимый материал и инструменты: из которых нам понадобиться аппарат для электродуговой сварки, болгарка и рулетка. Из материалов: листовая 4-мм сталь; 300 – мм стальная труба со стенками 3 мм, а также другие трубы 60 и 100 мм диаметром;

Строение и принцип работы твердотопливного котла

для того, чтобы изготовить котел на твердом топливе длительного горения, нужно из большой 300 – мм трубы вырезать кусок длиной 1 м. Можно и немного меньше, если в этом есть необходимость;
из стального листа вырезаем дно по диаметру трубы и привариваем его, снабдив ножками из швеллера длиной до 10 см;
распределитель воздуха выполняем в виде круга из листа стали с диаметром на 20 мм меньшим, чем труба. В нижнюю часть круга приваривается крыльчатка из уголка с размером полки 50 мм. Для этого можно использовать и швеллер аналогичного размера;
сверху в середину распределителя привариваем 60 – мм трубу, которая должна быть выше котла. В середине диска распределителя прорезаем отверстие по трубе, так, чтобы был сквозной туннель. Он нужен для подачи воздуха. В верхней части трубы врезается заслонка, которая позволит осуществлять регулировку подачи воздуха;

Схематическое изображение устройства котла, работающего на твердом топливе

в самой нижней части котла изготавливаем небольшую дверку, снабженную задвижкой и петлями, ведущую в зольник для удобства удаления золы. Сверху в котле прорезаем отверстие для дымохода и привариваем в это место 100 – мм трубу. Вначале она идет под небольшим углом вбок и вверх на 40 см, а потом строго вертикально вверх. Проход дымохода через перекрытие помещения должен быть защищен по правилам противопожарной безопасности;
заканчиваем сооружение котла отопления на твердом топливе длительного горения изготовлением верхней крышки. В ее центре должно быть отверстие для трубы распределителя потока воздуха. Прилегание к стенкам котла должно быть очень плотным, исключающим попадание воздуха.

Чертеж с размерами для создания твердотопливного котла своими руками

Полезный совет! Чтобы разжечь, изготовленный своими руками, котел твердотопливный длительного горения, чертеж которого был представлен выше, необходимо: снять крышку и поднять регулятор, заполнить котел топливом доверху и облить его горючей жидкостью, все поставить на место и бросить горящую лучину в трубу регулятора. Когда топливо разгорится, снизить поток воздуха до минимума, чтобы оно начало только тлеть. После этого произойдет возгорание пиролизного газа и котел запустится.

Котел длительного горения — вид в разрезе

Как я сделал котел твердотопливный длительного горения: отзывы и рекомендации

«Работаю на лесопилке. Раньше возил домой сучки и срезку телегами. Узнал про котел твердотопливный длительного горения, отзывы почитал и решил сделать. Получилось. Теперь дров уходит в три раза меньше, а тепла столько же».

Александр Николаев, г. Сыктывкар

«Увидел у друга в гараже чудо-котел. Машину мы с ним с утра ремонтировали. Он, как дров в него положил, так больше до вечера и не прикасался. Я ничего понять не мог, пока он мне не объяснил всю схему. Вот, тоже загорелся идеей себе в гараж поставить. Друг сказал, даст чертежи».

Николай Платонов, г.Сургут

Различия в работе обычного и пиролизного котлов

«Если вы решили сделать, например, у себя на даче котел твердотопливный длительного горения, отзывы о котором нашли в сети, то делайте все четко по схеме с соблюдением всех правил безопасности. А то вот, сосед у меня спалил дачу, когда котел весь в дырах установил».

Андрей Ширшов, г.Тюмень

Описанное выше отопительное устройство будет служить вам верой и правдой, позволяя экономить на энергоносителях. Однако не забывайте делать все качественно, не отступая от схемы.

Твердотопливный котел длительного горения своими руками (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ Загрузка… ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

чертежи твердотопливного котла, устройство на твердом топливе, как устроен котел на дровах, схема, размеры самодельного котла с водяным контуром

Содержание:

Самым оптимальным источником отопления для отдаленных районов без газификации и электрификации является твердотопливный котел длительного горения. Благодаря надежности, экономичности и эффективности он нередко используется для оснащения загородных домов и коттеджей.

Как работает агрегат

Обычные твердотопливные котлы способны проработать на одной закладке около 6-7 часов. Если по истечении этого времени в топку не подбросить очередную порцию топлива, это приведет к снижению температуры в доме. Причина кроется в циркуляции основного тепла в помещении по принципу свободного движения воздуха: после нагревания он поднимается вверх и выходит на улицу. Тепловой ресурс одной закладки дров прибора длительного горения рассчитан на 24-48 часов. В отдельных моделях горение поддерживается почти неделю.

Секрет здесь в следующем: в отличии от традиционных котлов, схема котла длительного горения включает в себя не одну, а две камеры сгорания. Первая из них предназначена для сжигания топлива, вторая – для поступивших из первой камеры газов. Качество процесса во многом зависит от своевременной подачи воздуха, для чего в конструкции имеется вентилятор. Подобный подход является инновационным: его впервые представила литовская компания Stropuva в 2000 году, после чего чертежи твердотопливных котлов длительного горения были взяты на вооружение ведущими производителями котельного оборудования.

На сегодняшний день агрегаты, работающие по этому принципу, являются наиболее недорогим и практичным вариантом обогрева домов в местностях, лишенных газификации. Сутью работы приборов данного типа выступает горение верхнего топлива. Обычно месторасположением топки является нижняя часть: как следствие, холодный воздух после нагревания имеет возможность подниматься вверх. Котлы длительного горения очень похожи на пиролизные: выделение основной порции тепла происходит не от сгорания твердых брикетов, а от выделившегося при этом газа.

Для сгорания внутри конструкции имеется специальное закрытое пространство. Камеры соединены между собой телескопической трубой, по которой выделившийся газ из первого отделения поступает во второе. Процесс его дожига сопровождается смешиванием с холодным воздухом, нагнетаемым вентилятором. Эта процедура проистекает без пауз, до полного перегорания топлива. Она отличается достаточно высоким температурным режимом – до +1200 градусов.

Камера для сжигания твердого топлива имеет более обширные размеры: ее объем иногда достигает 500 дм³. В нее можно загружать уголь, опилки, дрова, паллеты. Стабильное нагнетание воздуха обеспечивается встроенным вентилятором. Процесс горения характеризуется очень медленной скоростью расхода топлива. Как следствие, экономичность котельного оборудования резко возрастает.

Причина медленного прогорания заключается в нагнетании воздуха, в результате чего прогорает только верхняя часть топливной закладки. Увеличение подачи воздуха происходит только после полного перегорания верхнего слоя. В продаже имеется целый ряд нагревательных приборов, сутью работы которых является один и тот же чертеж котла длительного горения на дровах. Разная степень их экономичности и эффективности объясняется различием размеров, материалов изготовления и наличием дополнительных функций. Для работы универсальных ТТ котлов можно использовать любое топливо, что значительно упрощает их обслуживание. Наиболее экономичными моделями считаются дровяные ТТ котлы.

Конструкционные особенности и устройство

Камера для закладки топлива любого котла длительного горения отличается внушительными размерами. Это параметр напрямую влияет на время перегорания топливной закладки. В настоящее время встречаются две успешно конкурирующие между собой технологии, реализуемые в ТТ котлах: речь идет о приборах Булерьян и Стропува. Дороговизна и сложность изготовления чертежа котла длительного горения своими руками ставит определенные препятствия на пути распространения последнего из них на территории нашей страны. В отличии от него, метод Булерьян широко используем народными умельцами для самостоятельной организации отопления загородных домов.

Чертеж котла длительного горения на твердом топливе Булерьян состоит из следующих узлов:

Металлического корпуса, закрывающего внутренние камеры.
Нижней камеры для сжигания топлива.
Верхней камеры для сжигания газа.
Дверцы для закладки дров. Она расположена в верхней части конструкции из-за больших размеров нижнего отсека для закладки ресурса.
Дымового патрубка. Он находится в верхней части котла и подключен к дымоходу.
Зольная камера. Расположена внизу котла и предназначена для его чистки.

Также имеется еще одна любопытная деталь. Как известно, в обычных печах функция поддувала выполняется зольником: именно через него поступает необходимый для горения воздух. В случае с Булерьян зольный отсек делается полностью герметичным: каналом подачи воздуха здесь является верхняя воздушная камера. Для регулировки подачи кислорода в верхней части этой камеры имеется заслонка. По ходу сгорания дрова в топке постепенно оседают, что приводит к опусканию распределителя. Таким образом обеспечивается беспрерывная подача свежего воздуха.

Чтобы осуществить новую загрузку, распределитель легко можно возвратить в начальное положение, потянув его вверх. Положение этого рычага служит своеобразным ориентиром уровня оставшегося топлива: таким образом можно определить, через сколько загружать следующую порцию дров. Котлы Булерьян отличается высокой экологичностью, что объясняется полным перегоранием топлива и газа: углекислый газ в атмосферу практически не попадает. Читайте также: «Как сделать котел на дровах своими руками – пошаговая инструкция».

Устройство твердотопливного котла длительного горения следующее:

Топка. Главный конструкционный элемент любого котла или печи. Предназначается для сжигания в нем топлива.
Отдел для дожига газа. Здесь догорают газы, поступившие из топки.
Зольник. Отсек для сборки пепла. Он нуждается в регулярной чистке.
Дымоход. Канал для отведения за пределы жилища продуктов сгорания.

Сильные и слабы стороны

Крупные габариты и сложность выполнения своими руками чертежа твердотопливного котла длительного горения делает благоприятным использование подобных приборов только в крупных коттеджах. Что касается небольших дач, то для них рекомендуется выбирать более экономичные варианты.

Основными достоинствами ТТ котлов длительного горения являются:

Высокий КПД (около 95%)
Автономность отопления.
Экономичность.
Надежность и долговечность.
Высокая эффективность.
Доступность топлива.
Экологичность.
Широкий выбор топлива (уголь, дрова, опилки, паллеты).

Имеются также недостатки:

Большие габариты.
Необходимость оборудования отдельной котельной.
Сложное устройство котла длительного горения на дровах.
Нужда в постоянно обслуживании.

Котлы данного типа имеют достаточно приличную стоимость, однако такие конструкции можно изготовлять и самостоятельно.

Преимущества самодельных агрегатов:

Дешевизна.
Универсализм в плане используемого топлива.
Возможность последующих доработок с целью увеличения эффективности и добавления мощности.

Сложнее всего – сделать конструкцию цилиндрической: для этого необходимо использовать вальцовочный станок. Если его нет, существует вариант со старыми пропановыми баллонами. Также сгодится любая труба подходящего сечения: толщина металлических стенок должна быть не менее 5 мм. В деревнях привыкли довольствоваться небольшими кирпичными печами, демонстрирующими хорошую эффективность при обогреве одноэтажных домов и дач. Если же требуется отапливать обширный коттедж, то в таком случае потребуется большой запас топлива. Кроме того, не избежать больших перепадов температуры по мере удаления от печи, да и ухаживать за ней намного сложнее, чем за твердотопливным котлом.

Правила безопасности

Для достижения хорошей эффективности, долговечности и экономичности самодельных котлов длительного горения, в ходе их эксплуатации необходимо соблюдать основные рекомендации по пожарной безопасности:

Следить, чтобы температура внутри контура не превышала граничных показателей.
Питающий трубопровод запрещается оснащать запорным вентилем.
В непосредственной близости от котла не должны храниться легковоспламеняющиеся материалы.
Вентиляция в помещении должна быть полностью исправной.
Прибор можно устанавливать только в отдельной комнате (котельной). Этот момент продумывается во время реализации подготовительных мероприятий.

Оборудование котельной является самым лучшим вариантом, так как ТТ котлы работают несколько иначе, чем обычные печи на дровах. Кроме того, внешне прибор не представляет эстетического интереса, и скорее всего будет нарушать общий интерьер. Так как использование твердого топлива сопровождается появлением грязи, лучше всего установить котел в нежилой комнате.

Небольшие приборы мощностью не более 35 кВт допускаются размещать в основном помещении: для удобства место монтажа можно оградить кирпичным простенком. Комната, где будет расположен котел, должна иметь хорошую вентиляцию. Очень важно организовать стабильный приток кислорода с улицы.

Как сделать твердотопливный котел длительного горения своими руками

Для работы понадобятся такие инструменты:

Сварочный аппарат.
Приспособления для обработки металла.
Электродрель.
Уровень и рулетка.
Маркер.
Болгарка.
Перчатки и защита для глаз.

Приступать к подобной процедуре рекомендуется только людям, имеющим хотя бы небольшой опыт обращения со сваркой и знать, как устроен котел длительного горения. Наличие специальной защитной одежды обязательно.

Также нужно приготовить такие материалы:

Пустой газовый баллон.
Металлический лист.
Асбестовый шнур.
Стальную трубу диаметром 60 мм.
Металлические петли и ручки.
Металлический уголок и вытяжку.
Базальтовое волокно.

Работа над корпусом чертежи

Пустой пропановый баллон оснащается разметкой, согласно чертежам твердотопливного котла длительного горения своими руками. Изготовляется прямоугольное отверстие для дверцы зольника, предназначенное для удаления пепла. Сверху баллона по окружности проводится ровная линия под срез шляпки: обрезка осуществляется с помощью болгарки.

В центральной части выполняется разметка ниши для вывода дымохода: размеры этого отверстия должны превосходить сечение трубы. В крышке проделывается отверстие и наваривается металлическое кольцо, плотно обхватывающее дымоотводный канал. Кольцо из металла толщиной 4-5 мм используется для обваривания баллона изнутри и снаружи. На него впоследствии будет одеваться крышка.

Дымоход внизу оснащается металлическим кругом, выполняющим функцию распределителя воздуха. Крепежные элементы навариваются по линии среза баллона поверх предварительно проложенного асбестового шнура. При креплении срезанной верхушки важно, чтобы она свободно снималась. Для удобства ее можно оснастить металлической ручкой.

Дымоходный патрубок

В верхней части баллона намечают отверстие под патрубок, согласно чертежам твердотопливного котла своими руками. Для вырезания дымоходной трубы используется болгарка: приварив патрубок поверх вырезанного отверстия, одевают основной корпус дымохода.

Зольник

Для вырезания отверстия под зольник используется ранее нанесенная разметка. Дверца изготовляется отдельно из листового металла: ее фиксацию на корпус скобами. Чтобы дверцу было удобно открывать и закрывать, она оснащается импровизированной ручкой из металлического стержня или толстой проволоки.

Система подачи воздуха

Вооружившись параметром внутреннего диаметра баллона, его переносят на металлический лист, уменьшив на 5 см. По нанесенной разметке болгаркой вырезают круг. Далее из металлического уголка изготовляется шесть равных отрезков, длина которых должна равняться ½ диаметра круга. В этом качестве можно применить крыльчатку, имеющую острые лопасти. При приваривании металлических элементов важно сохранить одинаковое направление.

Теплообменник

При изготовлении теплообменника проще всего использовать принцип водяного контура. Выбор его параметров полностью зависит от желаний мастера. Размеры теплообменника будут напрямую влиять на объем топлива, загружаемого за один раз: чем он больше, тем длиннее паузы между закладками дров. Для изготовления корпуса прибора используются металлические листы толщиной 5-6 мм: их хорошо проваривают на всех стыках. Верхняя и нижняя часть корпуса оформляется патрубками для коммутации трубы подачи и обратки. Центральная часть должна иметь отверстие для загрузки топлива.

Окончательная сборка и монтаж

Для того, чтобы установить дверцу зольника, на корпусе вначале нужно наметить и вырезать нишу для доступа внутрь камеры. Далее в этот проем монтируются герметично закрывающаяся дверца. Баллон вставляется внутрь теплообменника. Используя сварочный аппарат, бак тщательно проваривают сверху: это дает возможность достичь абсолютной герметичности корпуса, с расположенной внутри топкой круглой формы.

Во время работы самодельного котла длительного горения с водяным контуром важно достичь дозированной подачи воздуха. Топливо загружают максимально плотно: пустоты между слоями должны быть сведены к минимуму. Бывает так, что плотная укладка поленьев разного размера затруднена: в таком случае оставшиеся ниши заполняют бумагой или стружкой. Плотность твердотопливной закладки напрямую влияет на продолжительность ее горения.

Порядок загрузки топлива в ТТ котел:

Вначале нужно извлечь ограничитель подачи воздуха.
Провести закладку дров через специальное отверстие, предварительно смазав их жидкостью для быстрого розжига.
Ограничитель установить на прежнее место.
Далее следует зажечь спичку и бросить ее в топку.
Убедившись в том, что топливо начинает постепенно разгораться, дверцу плотно закрыть.

В процессе перегорания топлива будет наблюдаться постепенная усадка трубы внутрь баллона. Высота ее положения дает точную информацию о количестве дров в топке. Схема котла на угле практически ничем не отличается.

Тестирование прибора

Работы по сооружению котла удобнее всего реализовать в теплое время года прямо на улице. Там же рекомендуется провести испытание готовой конструкции, присоединив к ней временный дымоход. В тех случаях, когда планируется отапливать обширные помещения, для изготовления обогревателя рекомендуется использовать два установленных друг на друга баллона.

Монтаж в доме

Вопрос пожарной безопасности котла является очень серьезным моментом. Для его установки лучше предусмотреть отдельную комнату или угол, отделив его кирпичной кладкой. Так как поверхность котла металлическая, высока вероятность получения ожогов при неосторожном прикасании к ней. Важно также, чтобы в месте монтажа была возможность удобно вывести дымоход на улицу (через кровлю или стену). Для свободного доступа к прибору пространство в 50 см по окружности от него освобождается от любых предметов.

Правила установки:

Сооружение кирпичного основания. Оно должно состоять из двух сплошных рядов из кирпича, и соответствовать размерам на твердотопливный котел длительного горения.
Расстояние от топочной двери до стены — не менее 125 см. Расстояние между боковыми частями и стеной должно быть не менее 700 мм.
Между топочной дверцей и стеной соблюдается дистанция не менее 125 см. Пространство между сторонами котла и стеной — не менее 70 см.
Если для сооружения стен использовалась древесина, участки соприкосновения котла и перекрытия дополнительно оформляются металлической или базальтовой защитой. То же самое касается участков выведения дымохода наружу сквозь стены или потолок.
Котел устанавливают на фундаменте строго по уровню. При этом выходной патрубок должен располагаться на одной линии с дымоходом, в противном случае возможны нарушения тяги по ходу эксплуатации (прочитайте также: «Как работает регулятор тяги для твердотопливных котлов – виды, принцип работы, преимущества»).
Все соединительные узлы необходимо уплотнить герметиком.

Твердотопливный котел для дома — budmagazin.com.ua

Поскольку любой котел предназначен для нагрева теплоносителя до определенной температуры, то все модели конструктивно имеют много общего. Но принцип действия каждого котла зависит от того, на каком топливе основана их работа.

На сегодняшний день наблюдается тенденция смены газовых котлов и электрических котлов на твердотопливные котлы. Причин тому есть немало, в частности, это связано со сравнительно невысокой стоимостью топлива для таких котлов, а также ценой на котельное оборудование такого вида. Кроме того, существует возможность работы такого оборудования в автономном режиме.

Твердотопливные котлы довольно практичны и универсальны, работают на твердых видах топлива — дереве, угле, коксе, брикетах и т.д. Можно с полной уверенностью сказать, что твердотопливный котел будет лучшим вариантом для отопления частного дома.

Каталог твердотопливных котлов:

Из чего состоит классический твердотопливный котел

Твердотопливный котел – это модульная конструкция, которая собрана в стальном корпусе и состоит из следующих узлов:

Теплообменника
Прочистного люка
Топочной камеры с дверцей
Колосниковой решетки
Терморегулятора для котлов на твердом топливе

Рис.1 Твердотопливный котел в разрезе

Топливо сгорает непосредственно в топочной камере. Процесс сжигания топлива состоит из трех этапов: подсушивания, окисления, выделения древесного газа и его дожига.

Единственный недостаток такого отопительного оборудования – это необходимость постоянно подкладывать топливо. Однако и этот недочет можно исправить, если оснастить твердотопливный котел дополнительными узлами. Для этого необходимо четко представлять себе устройство твердотопливных котлов и принцип их работы.

Какие радиаторы работают в системе с твердотопливным котлом?

Абсолютно все радиаторы подходят для твердотопливных котлов: стальные радиаторы, алюминиевые радиаторы, биметаллические радиаторы, чугунные радиаторы. Твердотопливный котел способен нагреть теплоноситель до нужных 70 градусов, поэтому более важен вопрос как правильно рассчитать мощность радиатора?

Виды твердотопливных котлов

Традиционные твердотопливные котлы

Конструкция традиционных твердотопливных котлов напоминает устройство обычной печи с окном для подачи топлива, топочной и дымоходом. В качестве топлива для традиционного твердотопливного котла используется как уголь, так и дерево. Основным элементом традиционного твердотопливного котла является теплообменник, который обеспечивает передачу теплоносителю тепловой энергии.

В зависимости от материала изготовления, классические твердотопливные котлы бывают чугунными, и стальными. Преимуществом стальных котлов является их небольшой вес и невысокая стоимость. Достоинства чугунных котлов заключаются в их практичности и долговечности – такой агрегат может прослужить Вам более пятидесяти лет!

Один из главных плюсов традиционных твердотопливных котлов заключается в отсутствии электронных плат, автоматики и всевозможных систем управления, которые выходят из строя в первую очередь. Единственное устройство автоматизации — регулятор температуры, работает по механическому принципу, поэтому традиционный твердотопливный котел является не только достаточно универсальным, но и надежным, способным долгое время проработать без текущего ремонта.

Газогенераторные (пиролизные) дровяные котлы

Главным критерием работы твердотопливных котлов является их КПД. Так, стандартная модель такого оборудования работает на любом из видов твердого топлива: в результате сгорания дров или угля нагревается теплоноситель и при этом выделяется тепло. Но для классических твердотопливных котлов характерно то, что часть энергии вместе с дымом выбрасывается в атмосферу. К счастью, специалистам удалось исправить и этот небольшой недочет в работе устройства — были разработаны пиролизные агрегаты. Главное отличие данных устройств заключается в использовании для подогрева теплоносителя не только энергии, получаемой в результате сжигания дров, но и той, которая образуется при сжигании древесных газов. Принцип работы такого оборудования позволил экономно расходовать топливо и увеличить КПД.

Пиролизные котлы производят тепловую энергию путем сжигания твердого топлива. 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 газообразования при горении дров:

Сушка дров;
Дегазация. Приблизительно 85 % веществ при сгорании дров превращаются в горючие газы, остальное остается древесным углем;
Сгорание — при температуре свыше 600 C горючие газы окисляются и воспламеняются и образуется горящий слой древесного угля. Приблизительно с 900 до 1000 C низкие температурные газы насыщаются углеродом и обеспечивают необходимую высокую температуру для разложения древесного угля.

Вентилятор направляет пламя вниз, делая весь процесс сгорания управляемым. Кроме того, постоянная кислородная подача гарантирует полное окисление горючих газов. Для этого, в дополнение к основному воздуху, подается предварительно подогретый вторичный воздух для постсгорания.

Котлы длительного горения

Котлы длительного горения (котел верхнего горения Stropuva) – 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. Нужно отметить, что именно котлы длительного горения подходят, как нельзя лучше, для системы отопления водяной теплый пол.

Пеллетные котлы

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.

Твердотопливные котлы также делят на энергозависимые и не энергонезависимые. Первые подключаются к электрической сети и обычно оснащены блоком управления, вентилятором, дозатором и т.д. Энергонезависимые котлы предназначены для работы с естественной циркуляцией. Такие котлы не подключаются к электрической сети, поэтому даже в случае отключения электроснабжения они продолжают обогревать дом.

Возможность перехода на газ

Если Ваш дом находится в местности, где наблюдаются частые перебои с газом и электричеством, тогда Вам прекрасно подойдет традиционный твердотопливный котел.

Это отопительное оборудование является наиболее универсальным и простым в процессе эксплуатации. Причем большинство классических твердотопливных котлов могут быть оборудованы под работу на газе или жидком топливе.

Процедура переобустройства достаточно проста — нужно просто установить надувную горелку для определенного вида топлива. Но при подобном реконструировании твердотопливных котлов нужно учитывать один нюанс — КПД такого переделанного котла будет несколько меньше, чем у котла, который специально рассчитан на работу с газом.

Нашли дешевле твердотопливный котел чем у нас? Мы сделаем цену ниже!

(044) 331-75-21

В чем преимущество твердотопливного котла длительного горения?

В чем отличия между твердотопливным котлом длительного горения и обычным твердотопливным котлом на дровах?

Уже очень много написано про твердотопливные котлы на дровах, на угле, также в одной из статей мы уже упоминали и про длительное горение, но хочется на примере двух котлов разобрать подробно, что же такое длительное горение и почему его нет в обычных котлах.

Длительное горение твердотопливного котла, это как минимум должно быть от 6 часов работы на одной закладке топлива при нормальных условиях эксплуатации.

Нашу статью посветим обзору двух котлов длительного горения, твердотопливному котлу GTM серии Master и твердотопливному котлу TIS серии Plus.
Два слова про марку и модели данных котлов. Котлы выполнены из одной стали P265GH, толщиной 5 мм. Конструктивно котлы очень схожи и по времени горения практически не отличаются. Серия Plus выпускается с автоматикой, а котлы GTM с возможностью установки автоматики (установка автоматики на котел не занимает более 4 мин.).

Мы имеем два надежных котла длительного горения, предлагаю рассмотреть конструкцию котла и понять, какие узлы делают данные котлы, котлами длительного горения.

1 – теплоизоляция котла, делает котел безопасным при использовании.
2 – дымоход ( дымоход котла GTM выпускается по заводу со встроенным шибером).
3 – водяная рубашка котла длительного горения.
4 – дверца для загрузки топлива и чистка дымохода.
5 – теплоизоляция котла.
6 – дверца для чистки котла от залы.
7 – зольник.
8 – колосники.
10 – нагнитательный вентилятор (место установки под вентилятор).
11 – отверстия для подачи воздуха в камеру сгорания.
12 – термометр.
13 – штатное место для установки автоматики.
14 – дополнительная подача воздуха в камеру сгорания.
15 – подача воздуха в котел (ручной режим).
16 – подача теплоносителя в систему.

Давайте сейчас вместе разберемся, так что же делает наш котел, котлом длительного горения.
Первое, что выделяет данные котлы из своей подгруппы, это наличие отверстий в камере сгорания для равномерного распределение воздуха при работе котла. Ведь, это очень важный момент, когда воздух распределяется по всей камере. Представьте, если бы подача воздуха было бы через один отсек. При его засорении, котел просто бы не смог работать, либо выделялась бы огромное количество конденсата, а при нижнем горении ваши колосники не продержались бы и 5 лет. Поэтому, использование в котлах равномерное распределение воздуха по камере сгорания помогает котлу равномерно сжигать топливо, тем самым продлевая время горения.

Что касается подачи воздуха, тут тоже, огромную роль играет в каком режиме это все происходит, автоматически или в ручном режиме при помощи тягорегулятора (цепочки).
Автоматика полностью регулирует нагнеталельным вентилятором. Какой принцип работы при использовании вентилятора, вентилятор подает воздух в котел только в момент понижения температуры ниже заданного значения, как только значения достигло установленного, котел переходит в режим тления. Так же автоматика не даст полностью затухнуть топливу. В котлах с тягорегулятором, воздух в котел подается постоянно, меняется только положение заслонки (больше-меньше), поэтому время горения будет отличаться в среднем на часа 2, от твердотопливных котлов с автоматикой.

Так же сама автоматика дает возможность при растопке прогреться котлу, а входить в работу при низких температурах теплоносителя, за это будет отвечать насос, а точнее автоматика, которая управляет данным циркуляционным насосом.

Ну и последнее, что хотелось бы отметить в котлах длительного горения, это водяная рубашка, а точнее, как она устроена возле дымохода. Исходя из фото твердотопливного котла в разрезе видно, что водяная рубашка не дает сразу попадать дымовым газам в дымоход, тем самым увеличивая КПД котла и повышая длительность горения на одной закладке наших котлов.

В заключении хочется показать схему обычного стального котла в разрезе, где, нет ни дополнительной подачи воздуха, ни равномерного распределения воздуха по камере сгорания, где дымовые газы могут легко поступать прямиком в дымоход и терять до 10% КПД. На таких котлах установка автоматики и вентилятора не предусмотрена, а соответственно не предусмотрена в таких котлах и длительное горение.

Длительное горение твердотопливного котла, это:
— равномерное распределение воздуха
— дополнительная водяная рубашка
— наличие тягорегулятора, либо автоматики
— установка и автоматическое управление циркуляционным насосом

Факторов влияющих на длительность горения очень много, одно из самых главных, это топливо, но если вы будите использовать хотя бы то, что описано выше, вы легко добьётесь 6 – 8 часов.
Есть примеры наших клиентов, у которых данные котлы работаю от 14 до 16.

Твердотопливный котел DTM Turbo 13 кВт

Серия котлов Turbo – это стальные водогрейные твердотопливные котлы с трубчатым теплообменником, чугунной колосниковой решеткой и ручной загрузкой топлива. Благодаря своей конструкции и техническими решениям котлы обладают высокой эффективностью (КПД 86%). Модельный ряд представлен мощностями – 10,13, 17, 24 кВт бытовая линейка и 40, 50, 65, 80 и 96 кВт промышленной.

— В отношении топлива котел универсален, может работать на дереве, угле, а так же может выступать как утилизатор бытового мусора. От качества топлива будет зависеть только срок работы на одной загрузке, и он варьируется от 8-12 часов на древесном топливе, и до 12-24 часов на угле.

Конструктив:

— Серия котлов Turbo в этом году получила обновленный — современный вид обшивки. Это позволило улучшить эргономику котла.

— Дверцы котла имеют надежную конструкцию с возможность регулировки степени герметичности. Герметичность достигается за счет степени прилегания керамического шнура с помощью регулировочного болта. Теперь в котлах Turbo три двери, что упрощает доступ в камеру сгорания и чистку.

— Верхняя дверь котла открывает доступ к теплообменнику, отличительной особенностью котла является его конструкция. В отличие от котлов конкурентов, теплообменник котла выполнен из нескольких рядов высококачественных жаровых труб, что несомненно повышает его КПД, за счет увеличения общей площади теплового съема. Топочная камера котла выполнена из жаропрочной котловой стали, толщиной 5 мм в котлах мощностью от 10 до 24 кВт и 6мм от 40 до 96 кВт.

— Открыв среднюю дверь, мы получаем доступ к весьма объемной топочной камере.
В нижней и средней части загрузочной камеры мы можем наблюдать форсуночные отверстия для подачи воздуха. Это два из трех каналов подачи воздуха в топку, которые предусмотрены в котле и регулируются шиберами с правой стороны котла. Подача воздуха осуществляется за счет турбины по каналам воздуховодов. Такая система позволяете равномерно распределять подачу воздуха в процессе горения, и обеспечивает эффективное сжигание топлива.

— Третья дверь в обновленной линейке была объединена, что упростило доступ к зольнику котла при его обслуживании (чистке). Колосниковая решетка котла выполнена из чугуна, и легко заменяема в случае прогорания, а поддон зольника поможет легко очистить котел от золы.

Автоматика:

— Управление турбиной осуществляется новым (Польским) контроллером, который имеет несколько разъемов для подключения и датчик температуры. Он управляет турбиной, включая и отключая ее в зависимости от заданной температуры, а также регулирует частоту оборота вентилятора и насосом. Для насоса, на автоматике вы можете задать необходимую температуру для включения и отключения насоса. Для датчика температуры на котле имеется специально встроенная гильза в патрубок подачи теплоносителя. Погруженная в патрубок гильза позволяет датчику более точно реагировать на температурные изменения, что несомненно повышает экономичность котла и точность его работы. Котел поставляется с полным комплектом автоматики, который включает в себя микропроцессорный контроллер и турбину, которые полностью управляют процессом горения.

Подключение:

— Подключение котла осуществляется через патрубки подачи и обратки 2″ и 2 1/2″ — в зависимости от мощности. Также в верхней части котла мы можем увидеть патрубок для установки группы безопасности 1″, а на обратном патрубке штуцер для слива теплоносителя 1/2″.

— Котел имеет круглое отверстие дымохода, что позволяет сразу монтировать его без дополнительных затрат на переходники. В линейке Turbo конструкция дымохода предполагает как горизонтальное подключение, так и вертикальное. Перестановка положений производиться с помощью специального съемного фланца, и заглушки. Достаточно просто поменять их местами. Такое простое решение, значительно позволило разрешить многие вопросы при монтаже как в котельных, где производиться реконструкция, так и в новых котельных, в которых все закладывается с нуля.

— Также одной из, если можно так сказать, фишек котла, являются транспортировочные отверстия по бокам, которые упрощают процесс транспортировки оборудования, а также установка в место монтажа.

Гарантия:

— На котел также распространяется гарантия 5 лет, и поддерживается сервисным центром компании «DTM» по всей Украине.

Характеристики котла Твердотопливный котел DTM Turbo 13 кВт

Площадь обогрева, м2

130

Мощность, кВт

Вид топлива

антрацит, каменный уголь, дрова, брикеты

КПД %

Максимальное рабочее давление, МПа

0,3

Максимальная темп. теплоносителя, °С

Обьём теплообменника, л

Толщина металла теплообменника, мм

Время работы на одной загрузке, час

6-12

Габаритные размеры (В x Ш x Г), мм

1380х550х880

Габариты топки (Ш x Г), мм

310х430

Загрузочное окно, мм

312/210

Обьем топки, л

Диаметр патрубков теплоносителя

2″

Диаметр патрубка группы безопасности

1″

Штуцер слива теплоносителя

1/2″

Диаметр дымохода, мм

140

Высота дымохода (мин. допустимая), м

Масса (нетто), кг

224

Место для установки турбины

—

Гарантия, лет

Схема котла в разрезе Твердотопливный котел DTM Turbo 13 кВт

Схема подключения Твердотопливный котел DTM Turbo 13 кВт

Твердотопливные котлы DTM Universal, которые работают на разных видах топлива, имеют свои особенности работы, которые следует учитывать при подключении к системе отопления. Поэтому схема обвязки твердотопливного котла включает в себя несколько обязательных элементов и устройств, обеспечивающих долговечную работу агрегата и его защиту при нештатных ситуациях.

Давайте рассмотрим несколько таких схем подключения котлов DTM UNIVERSAL:

Детальное описание и сама схема находятся по ссылкам. Выберите схему для ознакомления.

Выбор твердотопливного котла для отопления частного дома

Владельцы частных домов, дач подбирают нужный вариант оборудования для отопления, работающего на твердом топливе, стремясь к большей автономности.

Преимущества твердотопливных котлов при отоплении частного дома:

Энергонезависимые.
Работают на дешевом топливе.
Экологически безопасны (не загрязняют окружающую среду).

Виды твердотопливных котлов

Котлы естественного горения. В данных агрегатах горение происходит по природному принципу, поэтому конструкция их проста, также как и обслуживание. Требования к качеству топлива отсутствуют. Регулировать работу котла достаточно трудно, обычно это делают, открывая и закрывая заслонку, тем самым контролируя приток воздуха в камеру горения. КПД у оборудования около 80%. Основным недостатком является быстрое прогорание топлива.
Пиролизные газогенераторные устройства длительного горения. Их работа основана на двухступенчатой системе сгорания топлива. Первая ступень сгорания происходит в камере с низким содержанием кислорода и под действием высокой температуры. Дрова или другие материалы начинают тлеть, выделяя горючий газ. Этот газ поступает во вторую камеру, где поджигается и сгорает, выделяя очень большое количество тепла.

В пиролизных устройствах для отопления дома топливо расходуется экономично и сгорает практически без остатка, образуется лишь малое количество золы, а сажа в дыме почти отсутствует. КПД достигает 92 %. Устройство агрегата включает множество особенностей, которые зависят от производителя. Это могут быть: третья камера дожигания, дымосос, вентилятор, электронная панель управления, дистанционные приемники сигнала и многое другое.

Пиролизные агрегаты длительного горения работают на топливе с определенными свойствами: влажность, зольность, размер. Например, влажность дров должна быть менее 20 %, их толщина не более 10 см. Важно использовать указанное количество топлива при одной загрузке, не уменьшая его, ведь работа устройства может быть нарушена.

Регулировка режимов работы и мощности возможна при наличии панели контроля, которая у современных моделей очень удобная и понятная. Для работы электронных контроллеров требуется подключение к электричеству дома, поэтому это оборудование отнести к разряду энергонезависимого нельзя. Используют пиролизные устройства длительного горения для отопления частного дома и снабжения горячей водой.

Котлы отопления длительного горения с верхней закладкой топлива. Эти устройства имеют высокую цилиндрообразную форму, объемную внутреннюю камеру. Горение в устройстве происходит с пониженным поступлением воздуха и только в верхнем слое (10-20см). Одна закладка дров может тлеть около 30 часов.

Воздух для поддержания тления дров поступает по специальной трубке и распределяется по поверхности топлива, когда оно прогорает, начинает оседать. Теплоноситель нагревается очень быстро, потому что он циркулирует между внешним корпусом и стенкой топки.

Данный тип котла энергонезависимый (не требует подключения к электричеству), что очень экономично, его КПД достигает 90 %. Его цена ниже, чем у пиролизного, но по многим параметрам он уступает. Требования к влажности дров – не более 20 %, во время работы их нельзя дозагружать.

Автоматические колы длительного горения. В качестве топлива для данных устройств отопления используются гранулированные горючие материалы (уголь, торф или пеллеты). Конструкция агрегата включает емкость (бункер) для хранения топлива, встроенную или отдельно стоящую. Из бункера гранулы поступают в камеру горения и в зависимости от типа агрегата сгорают за определенное время. Одной загрузки может хватать до 10 дней, если ёмкость бункера большая.

Автоматическая подача гранул осуществляется после установки соответствующего режима, например, утром или вечером, или через день и так далее. Оснащенные дисплеем управления автоматические устройства могут управляться дистанционно. В зависимости от сезона подстроить нужные параметры очень просто.

Стандартные режимы работы автоматического котла бывают:

Активный режим горения с максимальной мощностью.
Режим поддержания горения, настраивается относительно температуры теплоносителя в контуре.

При работе данного типа котла важно следить и вовремя загружать бункер, регулярно очищать зольный ящик и внутреннюю поверхность. Для установки полного комплекта отопительного оборудования потребуется отдельное помещение в доме (котельная).

На что обратить внимание при выборе

Тип топлива. Уголь, дрова, пеллеты – наиболее распространенные виды.
Мощность прибора. От данного параметра зависит, какую площадь способен обогревать котел, и какое количество топлива для этого понадобится.
Масса котельного оборудования. Зависит от материала. Обладая одинаковой мощностью, чугунные модели намного тяжелее стальных. Установка тяжелых агрегатов обойдется дороже, так как могут потребоваться различные изменения в помещении.
Экономичность. Чем выше КПД твердотопливного оборудования для отопления дома, тем эффективнее используется энергия горения.
Обслуживание и удобство использования.
Срок эксплуатации. Производитель обязан указывать условный срок службы оборудования.
Безопасность. Важно обратить внимание на то, как сильно нагревается корпус агрегата или его элементы, какие уровни защиты от ожогов есть у прибора.

Твердотопливные устройства подойдут для домов, расположенных дплеко от городов, не имеющих центрального водоснабжения, отопления или электрообеспечения.

границ | Разработка и производительность многотопливного жилого котла, сжигающего сельскохозяйственные отходы

Введение

Рост населения, истощение и рост цен на ископаемое топливо и климатический кризис во всем мире требуют быстрого развития технологий использования возобновляемых источников энергии с минимальным воздействием на окружающую среду. Топливо из биомассы обладает значительным потенциалом для удовлетворения этих потребностей благодаря своему обилию, низкой стоимости и сокращению выбросов парниковых газов. К 2050 году до 33–50% мирового потребления может быть обеспечено за счет биомассы (McKendry, 2002).

ЕС поставил цель увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем потреблении энергии до 27% к 2030 году (ЕС, 2014). Древесное топливо преимущественно использовалось как в крупных, так и в малых системах для производства тепла или электроэнергии. Однако растущая конкуренция за такие виды топлива в секторе отопления, лесопилении и бумажной промышленности, а также рост производства древесных гранул привели к росту цен на древесину и нехватке сырья (Uslo et al., 2010).Таким образом, для достижения цели роста использования биомассы потребуется более широкий ассортимент сырья (Carvalho et al., 2013; Cardozo et al., 2014; Zeng et al., 2018), что создаст дополнительную потребность в топливе. технологии переработки и контроля выбросов.

Для стран Южной Европы, где популярно отопление жилых помещений с использованием топлива из биомассы в качестве более дешевой альтернативы, предпочтительным сырьем являются отходы сельского хозяйства и агропромышленности. Они легко доступны в больших количествах и обладают высоким энергетическим потенциалом, уменьшая путем сжигания объем отходов и увеличивая экономическую отдачу для сельских общин.В Греции доступно около 4 миллионов тонн в год, что эквивалентно примерно 50% валового потребления энергии (Vamvuka and Tsoutsos, 2002; Vamvuka, 2009).

Наиболее распространенными типами бытовых топочных устройств являются дровяные печи, дровяные котлы, печи на древесных гранулах и устройства для сжигания древесной щепы. Помимо дровяных печей и обычных котлов с бесконечными винтами, используются котлы смешанного горения с надстройками автоматизации, решениями для хранения и различными механизмами подачи (Vamvuka, 2009; Sutar et al., 2015; Ан и Джанг, 2018). В прошлых исследованиях изучались выбросы дымовых газов, эффективность и проблемы, связанные с золой, при сжигании сельскохозяйственных остатков. Крупномасштабные агрегаты или небольшие пеллетные устройства для домашнего или жилого центрального отопления, некоторые из которых используют верхнюю подачу, вращающиеся или подвижные решетки (Vamvuka, 2009; Carvalho et al., 2013; Rabacal et al., 2013; Garcia-Maraver et al., 2014). ; Pizzi et al., 2018; Zeng et al., 2018; Nizetic et al., 2019). Однако до сих пор недостаточно информации о характеристиках не гранулированного сырья с точки зрения эффективности и выбросов загрязняющих веществ в соответствии с пороговыми значениями в зависимости от различных конструкций небольших систем и условий эксплуатации.В основном использовалась древесная щепа (Kortelainen et al., 2015; Caposciutti and Antonelli, 2018), тогда как разработка котлов в странах Средиземноморья идет медленно.

Было доказано, что маломасштабные системы биомассы вносят значительный вклад в качество местного воздуха за счет выбросов загрязняющих веществ, таких как CO, SO ₂, NO _x, полиароматических углеводородов и твердых частиц, которые могут серьезно повлиять на здоровье человека и климат. Эти выбросы зависят от свойств топлива, применяемой технологии и условий процесса, и их мониторинг и контроль очень важны для соблюдения экологических ограничений и экономической эффективности требований рынка.Было обнаружено, что выбросы CO варьируются от 600 до 680 частей на миллион _v для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 50-400 частей на миллион _v для скорлупы бразильских орехов и 100-400 частей на миллион _v для лузги подсолнечника ( Cardozo et al., 2014). Было показано, что выбросы NO _x находятся в диапазоне 300-600 мг / м ³ для косточек персика (Rabacal et al., 2013), 180-270 мг / м ³ для скорлупы бразильских орехов и 50-720 мг. / м ³ для лузги подсолнечника (Cardozo et al., 2014). Для последнего выбросы SO ₂ варьировались от 78 до 150 мг / м 2 ³.Сообщается, что КПД котла (Rabacal et al., 2013; Fournel et al., 2015) составляет от 63 до 83%, в зависимости от типа топлива.

Поскольку сельскохозяйственные остатки доступны только в течение ограниченного периода времени в течение года, их смеси увеличивают возможности поставок для действующих предприятий. Однако, когда смеси используются в качестве сырья, совместимость топлив в отношении характеристик сгорания должна быть должным образом оценена для эффективной конструкции и работы агрегатов сгорания.Переменный состав этих материалов предполагает тщательное знание их поведения в тепловых системах, чтобы избежать топливных комбинаций с нежелательными свойствами. Насколько известно авторам, смеси таких отходов, которые можно найти по низкой цене или бесплатно, не исследовались в бытовых приборах. Для определения выбросов твердых частиц и образования шлака использовались только гранулы древесного топлива или энергетических культур (Carroll and Finnan, 2015; Sippula et al., 2017; Zeng et al., 2018).

Основываясь на вышеизложенном, целью настоящего исследования было сравнить характеристики горения выбранных не гранулированных материалов сельскохозяйственных остатков, которые широко распространены в странах Южной Европы, и их смесей, чтобы изучить любые аддитивные или синергетические эффекты между компонентами топлива и получить выгоду. знания об использовании таких смесей в небольших котлах.Цель состояла в том, чтобы оценить производительность прототипа малозатратной установки для сжигания, позволяющей осуществлять предварительную сушку топлива и воздуха для горения выхлопными газами для производства тепловой энергии в зданиях, фермах, малых предприятиях и теплицах с точки зрения важности параметры, такие как сгорание и КПД котла, температура дымовых газов и выбросы в окружающую среду.

Экспериментальная часть

Топливо и характеристики

Сельскохозяйственные остатки для данного исследования были отобраны на основе их обилия и доступности в Греции и странах Средиземноморья в целом.Это были ядра оливок (OK), предоставленные AVEA Chania Oil Cooperatives (Южная Греция), ядра персика (PK), предоставленные Союзом сельскохозяйственных кооперативов Giannitsa (Северная Греция), скорлупа миндаля (AS), предоставленные частной компанией ( Agrinio, C. Греция) и скорлупа грецких орехов (WS), предоставленные компанией Hohlios (Северная Греция).

После сушки на воздухе, гомогенизации и рифления материалы измельчали до размера частиц <6 мм, используя щековую дробилку и вибрационное сухое просеивание. Типичные образцы были измельчены до размера частиц -425 мкм с помощью режущей мельницы и охарактеризованы с помощью экспресс-анализа, окончательного анализа и теплотворной способности в соответствии с европейскими стандартами CEN / TC335.Содержание летучих измеряли термогравиметрическим анализом с использованием системы TGA-6 / DTG в диапазоне 25–900 ° C, в потоке азота 45 мл / мин и при линейной скорости нагрева 10 ° C / мин. Химический анализ золы проводили на рентгенофлуоресцентном спектрофотометре (XRF) типа Bruker AXS S2 Ranger (анод Pd, 50 Вт, 50 кВ, 2 мА). Тенденция осаждения золы была предсказана с помощью эмпирических индексов. Эти показатели, несмотря на их недостатки из-за сложных условий, которые возникают в котлах и связанном с ними теплопередающем оборудовании, широко используются и, вероятно, остаются наиболее надежной основой для принятия решений, если они используются в сочетании с испытаниями пилотной установки.

Отношение оснований к кислотам (уравнение 1) является полезным показателем, поскольку обычно высокий процент основных оксидов снижает температуру плавления, в то время как кислотные оксиды повышают ее. Это принимает форму (Vamvuka et al., 2017):

Rb / a =% (Fe2O3 + CaO + MgO + K2O + Na2O)% (SiO2 + TiO2 + Al2O3) (1)

, где на этикетке каждого соединения указывается его массовая концентрация в золе. Когда R _{b / a} <0,5 склонность к осаждению низкая, когда 0,5 b / a <1 склонность к осаждению является средней, и когда R _{b / a}> 1 склонность к осаждению высока.Для значений R _{b / a}> 2 этот индекс нельзя безопасно использовать без дополнительной информации.

Влияние щелочей на склонность золы биомассы к шлакованию / загрязнению является критическим из-за их тенденции к снижению температуры плавления золы. Один простой индекс, индекс щелочности (уравнение 2), выражает количество оксидов щелочных металлов в топливе на единицу энергии топлива в ГДж (Vamvuka et al., 2017):

AI = кг (K2O + Na2O) ГДж (2)

Когда значения AI находятся в диапазоне 0.17–0,34 кг / ГДж загрязнение или шлакообразование вероятно, тогда как при этих значениях> 0,34 обрастание или шлакование практически наверняка произойдет.

Для испытаний на сжигание были приготовлены смеси вышеуказанных материалов с соотношением компонентов до 50% по весу с наиболее распространенными в Греции сельскохозяйственными отходами — ядрами оливок.

Описание прототипа системы сгорания

Блок сжигания схематично показан на рисунке 1. Основными частями являются два бункера, эксикатор, система непрерывной подачи сырья и бойлер с поперечным потоком.Номинальная мощность 65 кВт _тыс..

Рисунок 1 . Принципиальная схема многотопливного котла (сплошные стрелки показывают направление потока воздуха, пунктирные стрелки показывают направление потока биомассы).

Топливо хранится в главном бункере (A), боковые поверхности которого перфорированы для физического осушения топлива. В зависимости от наличия биомассы и особых потребностей в энергии открывается регулирующий клапан, и в систему подается соответствующее топливо. Затем биомасса переносится из бункера в эксикатор через наклонную стойку с направляющими, скорость которой регулируется в соответствии с потребностями котла.Горячий воздух поступает из выхлопных газов через систему обратной связи (H, J). В сушилке установлены две внутренние конвейерные ленты (B), состоящие из перфорированных медленно вращающихся роликов со стальной сеткой, позволяющих горячему воздуху проходить через него в восходящем направлении потока. Осушитель (B) имеет несколько отсеков, чтобы позволить воздуху перемещаться и в конечном итоге потерять часть своей температуры, создавая тем самым разницу температур. Специальная стальная сетка обладает высокой износостойкостью и довольно эффективно выдерживает экстремальные перепады температур.Скорость роликов тесно связана с влажностью биомассы и может изменяться в зависимости от потребностей автоматического управления. Затем сухая биомасса переносится (C) во временный бункер (D) и смешивается с теплым воздухом, поступающим из системы обратной связи (E), прежде чем направить его в горелку и зону горения котла. Используя горизонтальный теплый шнек диаметром 1 и 1/2 дюйма, обработанная биомасса подается в горелку (G). Скорость подачи регулируется двумя электронными диммерами. Первый диммер соответствует времени работы системы питания, а второй диммер соответствует времени задержки (винт выключен).Таким образом, подача сырья осуществляется полупериодическим способом. Первичный воздух для горения вводится через трубу в передней части топки и регулируется вентилятором. Соотношение первичного и вторичного воздуха регулируется с помощью регулятора, установленного в дымоходе (K), с механическим регулятором, который позволяет изменять тягу в дымоходе. Котел (G) является гидравлическим и в основном производит горячую воду в замкнутой циркуляционной системе (F). Эта система имеет меры безопасности, чтобы поддерживать постоянное давление воды и транспортировать горячую воду к высокоэффективным фанкойлам для обогрева помещений.Датчики температуры Pt используются для измерения температуры воды в прямом и обратном потоке, а также в потоке внутри котла. Измеритель теплотворной способности измеряет расход воды и полезную энергию, получаемую водой. Выхлопные газы котла перед тем, как попасть в дымоход, проходят через теплообменник. Теплообменник (I) использует выхлопные газы для нагрева воздуха, который затем используется для сушки влажной биомассы.

Новинкой этого прототипа является конструкция эксикатора, питаемого выхлопными газами, выдерживающего экстремальные перепады температуры и работающего в соответствии с потребностями котла, теплообменник также питается выхлопными газами, а также прилагаются датчики температуры и измеритель теплотворной способности.Поскольку все основные части устройства являются стандартными, стоимость изготовления такой установки остается низкой. Уже установленные аналоговые датчики и детали будут заменены цифровыми датчиками и механическими деталями с цифровыми входами и выходами, в соответствии с результатами экспериментов по отклику агрегата. Ограничением системы является невозможность отрегулировать оптимальный коэффициент избытка воздуха, поэтому существует потребность в надежном управлении подаваемым воздухом для горения. Следует принять определение оптимальных параметров пользовательской системы автоматического управления, чтобы установка могла работать автономно.

Методика эксперимента и измерения данных

Эксперименты были структурированы таким образом, чтобы можно было построить аналитический профиль каждого материала, а также исследовать поведение типа топлива на различных стадиях процесса. Были проведены две серии экспериментов, чтобы изучить поведение и реакцию каждого остатка на технологическую цепочку устройства. Во время первой серии испытаний для каждого биотоплива проводилась калибровка скорости подачи в зависимости от диммерных переключателей.Скорость подачи определялась последовательностями интервалов задержки включения-выключения первого и второго диммера соответственно. Расход дымовых газов для каждой подачи сырья определялся путем измерения скорости вентилятора на выходе газа, установленного в положении (K), с помощью анемометра. Следовательно, каждое биотопливо было протестировано в установке для сжигания, чтобы оптимизировать тепловой КПД путем настройки его специальных параметров с учетом качества выбросов. Важными независимыми переменными были скорость подачи сырья, скорость вентилятора, регулирующего поток воздуха в котле, и внутренняя температура котла.В настоящем исследовании представлены результаты для одного набора этих параметров с целью сравнения характеристик сгорания между испытанными сельскохозяйственными остатками, а также их смесями при постоянных рабочих условиях. Параметрическое исследование для оптимизации процесса будет представлено в следующем отчете.

Для запуска котла было подожжено топливо, были включены питатель твердого вещества и воздуховоды и выставлены желаемые значения (вкл. / Выкл. 10/30 с / с). Перед снятием первых показаний печи давали поработать 30 мин.Циркуляционная система горячей воды была настроена на работу после того, как температура достигла ≥55 ° C. Когда температура воды превышала 70 ° C, подача сырья временно прекращалась.

Состав дымовых газов непрерывно контролировался во время испытаний с помощью многокомпонентного газоанализатора, модель Madur GA-40 plus от Maihak, оснащенного двухрядным фильтром и осушителем. Отбор проб производился с помощью нагревательной линии с зондом в соответствии с греческими стандартами ELOT 896. В анализаторе используются электрохимические датчики для измерения концентрации газа.Содержание CO ₂, CO, O ₂, SO ₂, NO _x в потоке выхлопных газов, индекс сажи, тепловые потери дымовых газов, температура дымовых газов и коэффициент избытка воздуха ( λ) непрерывно регистрировались анализатором. Аналоговый выходной сигнал анализатора передавался в компьютер, где сигналы обрабатывались и вычислялись средние значения за период дискретизации 0,5 мин.

После проведения измерений в установившемся рабочем режиме и давая печи поработать в течение примерно 3 часов, питатель топлива и воздуховод были отключены, смотровое окно было открыто, а вытяжной вентилятор был установлен на высокую мощность для охлаждения агрегата.Зольный остаток был осушен, взвешен и проанализирован на предмет потерь при сгорании из-за несгоревшего углерода. Эксперименты были повторены дважды, чтобы определить их воспроизводимость, которая оказалась хорошей.

Термический КПД системы был определен как доля полезной энергии, полученной водой котла, к энергии, потребляемой топливом:

ηt = QoutQin = qwcpwΔTwΔtmfQf (%) (3)

где, q _w: массовый расход воды (кг / ч), c _pw: теплоемкость воды (МДж / кг · K), ΔT _w: разность температур прямого и обратного потоков воды (° K), Δt: общее время горения при температуре воды 70 ° C, м _f: масса сожженного топлива / смеси (кг), Q _f: теплотворная способность топлива / смеси (МДж / кг).

Эффективность сгорания определялась следующим образом:

ηc = 100-SL-IL-La (%) (4)

где,

SL = (Tf-Tamb) (A [CO2] + B) (5) IL = a [CO] [CO] + [CO2] (6) La = 100 мес. (7)

где: T _f: температура дымовых газов (° C), T _amb: температура окружающего воздуха (° C), [CO] и [CO ₂]: концентрации CO и CO ₂ в дымовых газах (%), A, B, a: параметры горения, характерные для каждого вида топлива (данные анализатором), м _o: общая масса сожженного органического вещества топлива (кг), м _a: масса органического вещества в золе (кг).

Для каждого экспериментального испытания проверялось, достаточно ли имеющегося тепла дымового газа для предварительного нагрева входящего воздуха для сжигания топлива до 70 ° C, а также для сушки биомассы в эксикаторе системы:

или

mflcpflΔTf≥mambcpambΔTamb + Qd (9)

где: m _fl, m _amb: масса дымовых газов и воздуха на кг сожженной биомассы (кг), c _pfl, c _pamb: удельная теплоемкость дымового газа и воздуха (кДж / кг ° K), ΔT _f, ΔT _amb: разность температур дымовых газов на выходе и входе в дымоход и предварительно нагретого воздуха и окружающего воздуха, соответственно (° K), Q _d: теплота сушки биомассы ( Мойерс и Болдуин, 1997).Согласно последующим результатам, указанное выше неравенство сохранялось всегда.

Результаты и обсуждение

Анализы сырого топлива

В Таблице 1 указаны приблизительный и окончательный анализы изученных сельскохозяйственных остатков. Как можно видеть, все образцы были богаты летучими веществами и имели низкую зольность. В скорлупе миндаля самый высокий процент летучих веществ, а в скорлупе грецких орехов — самый низкий процент золы. Концентрация кислорода была значительной для всех образцов, а теплотворная способность колебалась в пределах 17.5 и 20,4 МДж / кг, что сопоставимо с верхним пределом для низкосортных углей. Содержание серы во всех остатках было практически нулевым, что свидетельствует о том, что выбросы SO ₂ не вызывают беспокойства для этого биотоплива. С другой стороны, содержание азота в скорлупе миндаля было значительным, что могло быть проблемой во время термической обработки с точки зрения выбросов NO _x.

Таблица 1 . Предварительный и окончательный анализы и теплотворная способность образцов (% от сухого веса).

Химический анализ золы, выраженный обычным способом для топлива в виде оксидов, сравнивается в Таблице 2 вместе с индексами шлакообразования / засорения и тенденцией к осаждению. Общей чертой этих золошлаковых материалов является то, что они были богаты Ca и K и в меньшей степени P и Mg. Отношение основания к кислоте было намного больше 2 из-за низкого содержания кремнезема и глинозема в этой золе, так что не может быть составлено каких-либо конкретных рекомендаций по поведению при шлаковании. Потенциал шлакообразования / загрязнения, вызванный щелочью, можно более точно предсказать с помощью щелочного индекса.Таким образом, согласно значениям AI, для оливковых ядер и скорлупы миндаля неизбежна склонность к обрастанию из-за большого количества щелочи по отношению к единице топливной энергии, которую они содержат (для миндальной скорлупы склонность намного ниже), в то время как для ядер персиков и скорлупы грецких орехов не ожидается загрязнения котлов. Когда ядра оливок были смешаны с другими остатками при соотношении компонентов смеси до 50%, таблица 2 показывает, что значения AI были значительно снижены. Однако следует отметить, что для небольших систем, таких как та, которая использовалась в этой работе, работающих при температуре ниже 1000 ° C и в течение относительно короткого периода времени, явления шлакования или загрязнения из-за золы не наблюдались.

Таблица 2 . Химический анализ золы сырья и склонности к шлакованию / засорению.

Характеристики сжигания биотоплива из сельскохозяйственных остатков

Температура котловой воды

Изменение температуры воды на выходе из котла во время полной работы топочного агрегата показано на рисунке 2. Ясно, что ядра персика и скорлупа грецких орехов начали гореть раньше, чем два других остатка, передавая свою тепловую энергию воде примерно На 6 мин раньше оливковых ядер для повышения температуры с 25 до 70 ° C.Однако поведение скорлупы грецкого ореха было совершенно другим. Температура воды во время фазы запуска поднялась до 78 ° C (второй диммер выключен), так что для трех полных циклов (включение / выключение) время горения было увеличено примерно на 20 минут по сравнению с оливковыми ядрами. Для скорлупы грецкого ореха и миндаля три цикла в исследованных условиях длились около 1 часа.

Рисунок 2 . Изменение температуры котловой воды на выходе сырого топлива при полной работе агрегата.

Температура дымовых газов и выбросы

Температура дымовых газов (таблица 3) представляет собой зависимость от топлива.Таким образом, оно было выше для миндальных скорлуп, 267 ° C, для полной работы котла (в установившемся режиме), и ниже для ядер персика, 245 ° C, что означает большие и меньшие тепловые потери из печи, соответственно. Все значения температуры дымовых газов были достаточно высокими для предварительной сушки сырья (уравнение 9).

Таблица 3 . Характеристики горения топлива (средние значения) в установившемся режиме.

Концентрация

CO в дымовых газах при установившемся режиме работы печи (диммер включен) для четырех исследуемых остатков сравнивается на Рисунке 3.Повышенные уровни CO в биотопливе из ядер оливок, скорее всего, были связаны с его большим количеством летучих веществ, которые увеличивают концентрацию углеводородов в реакторе, препятствуя дальнейшему окислению CO до CO ₂, а также, в меньшей степени, более высокой зольностью. это топливо, которое ослабляло проникновение кислорода к частицам полукокса. Тем не менее, все значения CO были ниже законодательных пределов для малых систем (ELOT, 2011).

Рисунок 3 . Концентрация CO в дымовых газах для сырого топлива в установившемся режиме.

Средние концентрации загрязняющих веществ (± стандартная ошибка) в установившемся режиме и в течение всего периода эксплуатации агрегата представлены и сравнены на рисунках 4A, B, соответственно. Выбросы SO ₂ от всех видов биотоплива, являющиеся чрезвычайно низкими (0–13 ppm _против), не были включены в графики. На рис. 4A показано, что наибольшие выбросы CO были получены при сжигании ядер оливок, а наименьшие — при сжигании ядер персиков. Однако даже если во время полной работы котла (включая интервалы без подачи топлива, т.е.е., второй диммер выключен) Значения CO были выше (Рисунок 4B), они не превышали допустимых пределов (ELOT, 2011). Кроме того, выбросы NO _x от всех изученных материалов были низкими и соответствовали руководящим принципам стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011) для небольших установок (200–350 мг / Нм ³). Более низкие уровни NO _x в скорлупе миндаля, несмотря на их более высокое топливное N среди протестированных видов биотоплива, могут быть результатом временной восстанавливающей среды, создаваемой большим количеством летучих веществ в этом остатке (81.5%), что способствовало разложению NO _x.

Рисунок 4 . Средние концентрации загрязняющих веществ в газах от сырого топлива (A) в установившемся режиме и (B) в течение всей работы установки.

Нынешние значения выбросов газов сопоставимы с данными, указанными в литературе для аналогичных видов топлива, в то время как выбросы NO _x были значительно ниже. Для косточек персика выбросы CO варьировались от 600 до 680 частей на миллион _v (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов от 50 до 400 частей на миллион _v (Cardozo et al., 2014), для ядер пальмового дерева от 2000 до 14000 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для жмыха в гранулах от 1900 до 6500 частей на миллион _против (Kraszkiewicz et al., 2015), а для гранул для обрезки оливок — 1800 частей на миллион _против (Garcia-Maraver et al., 2014). С другой стороны, выбросы NO _x были обнаружены для косточек персика 300–600 мг / м ³ (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов 180–270 мг / м ³ (Cardozo et al. ., 2014), для пальмовых ядер от 90 до 200 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для гранул жмыха 230-870 мг / м ³ (Kraszkiewicz et al., 2015) и для оливкового гранулы для обрезки 680 мг / м ³ (Garcia-Maraver et al., 2014).

Горение и тепловой КПД

Характеристики сгорания четырех остатков представлены в таблице 3. Эффективность сгорания считается удовлетворительной для небольших систем (77% в соответствии с европейскими стандартами EN 303-5) и колеблется от 84 до 86%.Эти значения контролировались температурами дымовых газов, которые отражали чувствительные тепловые потери и концентрацию CO в дымовых газах, которые представляли основные потери тепла из-за неполного сгорания. Таким образом, ядра персика с наименьшими потерями SL и IL горели с наибольшей эффективностью. Интересно отметить, что большее количество воздуха в случае оливковых ядер (коэффициент избытка воздуха λ = 1,9), увеличивая поток дыма, казалось, каким-то образом снижает температуру камина и, следовательно, увеличивает уровень CO и газообразные тепловые потери (IL).Кроме того, на тепловой КПД системы, показанный в Таблице 3, влияла эффективность сгорания топлива, и она была выше для ядер персика из-за улучшенного сгорания в печи и улучшенной рекуперации тепла в трубках системы за счет повышения температуры. разница между прямым и обратным потоком воды в котел (ΔT _w = 26,2 ° C). Колебания, наблюдаемые в таблице, связаны с различным количеством сжигаемого биотоплива в зависимости от времени, когда котел работал с определенными интервалами включения / выключения диммеров, регулирующих подачу.Оптимизация расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в сторону более низкого значения может привести к более высокой температуре камина (высокий поток подаваемого воздуха охлаждает печь), более низким выбросам CO из-за лучшего сгорания, более низкого содержания кислорода и более высоких концентраций CO ₂ в дымах и, следовательно, снижение потерь тепла или топлива и повышение эффективности сгорания. Это, в свою очередь, улучшит рекуперацию тепла в трубках и повысит тепловой КПД. Кроме того, некоторые модификации печи для увеличения времени пребывания дымовых газов снизят их температуру на выходе и, следовательно, чувствительны к потерям тепла.

Тем не менее, КПД котла соответствует литературным данным. Значения 91%, 83–86% и 75–83% были зарегистрированы для древесных гранул (Kraiem et al., 2016), древесины сосны и персика (Rabacal et al., 2013), соответственно. Более того, для многотопливного котла, сжигающего древесные материалы, было обнаружено (Fournel et al., 2015), что термический КПД зависит от зольности каждого сырья, т. Е. При содержании золы 1% КПД составляет 74%, а для золы содержание 7% упало до 63%. В другом блоке, сжигающем лесные остатки и энергетические культуры, эффективность варьировалась от 69 до 75% (Forbes et al., 2014).

Характеристики сжигания смесей сельскохозяйственных остатков

Температура котловой воды

На рисунках 5A – C показано изменение температуры воды на выходе из котла как функция времени во время полной работы печи для смесей остатков ядер оливок с ядрами персика, скорлупой миндаля и грецкого ореха. Из этих рисунков можно заметить, что как фаза запуска, так и фаза, когда система работала на полную мощность, были задержаны при подаче смесей топлива, смещая кривые в сторону более высоких значений времени примерно на 4–6 мин.Кажется, что подача смесей и, как следствие, выгорание не были такими однородными, как ожидалось теоретически.

Рисунок 5 . Изменение температуры воды на выходе из котла при полной работе агрегата для смесей (A), OK / PK, (B), OK / AS и (C), OK / WS.

Температура дымовых газов и выбросы

Таблица 4 показывает, что температуры дымовых газов, которые влияют на чувствительные тепловые потери дымовых газов, для всех смесей в установившемся режиме варьируются между значениями компонентов топлива.Это показывает, что характеристики горения смесей зависели от вклада каждого остатка в смеси.

Таблица 4 . Характеристики горения топливных смесей (средние значения) в установившемся режиме.

Средние выбросы CO и NO _x (± стандартная ошибка) в установившемся режиме для всех смесей сравниваются с выбросами сырого топлива на рисунках 6A – C. Выбросы SO ₂ не представлены на графиках, так как они были чрезвычайно низкими (4–20 ppm _против).Значения CO в диапазоне от 1,121 до 1212 ppm _v находились в пределах значений, соответствующих компонентным видам топлива, и находились в допустимых пределах для малых установок (ELOT, 2011). Более того, уровни NO _x (87–129 ppm _против или 174–258 мг / м ³) следовали той же тенденции и поддерживались ниже пороговых значений стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011). . Наилучшие показатели по выбросам были достигнуты у смеси ОК / ПК 50:50.

Рисунок 6 .Средние выбросы CO и NO _x газов в установившемся режиме из смесей (A) OK / PK, (B) OK / AS и (C) OK / WS.

Горение и тепловой КПД

Эффективность горения смесей ядер оливок с ядрами персика, миндаля и скорлупы грецких орехов варьировалась от 84,2 до 85,6%, как показано на Рисунке 7. Эти значения находились между значениями, соответствующими материалам компонентов, но не пропорциональными процентному содержанию каждого остатка в смесь.Как показано в Таблице 4, эффективность сгорания зависела от типа сырья и массового расхода, а также от коэффициента избытка воздуха, который определял температуру камина и дымовых газов и, следовательно, потери тепла. Наибольшая эффективность была достигнута в случае смеси ОК / ПК 50:50, что, в свою очередь, отразилось на тепловом КПД котла за счет улучшенной рекуперации тепла из потока воды.

Рисунок 7 . Эффективность сгорания топливных смесей.

Выводы

Исследуемые сельскохозяйственные остатки характеризовались высоким содержанием летучих и малозольных.Их теплотворная способность составляла от 17,5 до 20,4 МДж / кг. Выбросы CO и NO _x от всех видов топлива в течение всего периода эксплуатации агрегата в изученных условиях были ниже установленных законодательством пределов, в то время как выбросы SO ₂ были незначительными. Эффективность горения была удовлетворительной, от 84 до 86%. Ядра персика, за которыми следует скорлупа грецких орехов, сожженные с максимальной эффективностью из-за более низких чувствительных тепловых потерь и потерь от неполного сгорания топлива, выделяют более низкие концентрации токсичных газов и повышают эффективность котла за счет улучшения рекуперации тепла в трубах системы.

Совместное сжигание сельскохозяйственных остатков можно в значительной степени предсказать по сжиганию компонентов топлива, что может принести не только экологические, но и экономические выгоды. Путем смешивания ядер оливок с ядрами персика, миндаля или скорлупы грецких орехов в процентном отношении до 50% была улучшена общая эффективность системы с точки зрения выбросов и степени сгорания. Эффективность борьбы с вредителями была достигнута при смешивании ядер оливок и ядер персика в соотношении 50:50.

Эффективность сгорания зависит от типа сырья, массового расхода и коэффициента избытка воздуха.Необходим надежный контроль подачи воздуха для горения и определение оптимальных параметров.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью / дополнительный материал.

Авторские взносы

DV: руководитель, оценка результатов и написание статей. DL: эксперименты. ES: эксперименты. АВ: эксперименты. СС: оценка результатов. ГБ: техническая поддержка и оценка результатов. Все авторы: внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

ГБ использовала компания Energy Mechanical of Crete S.A.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы любезно благодарят AVEA Chania Oil Cooperatives, Союз сельскохозяйственных кооперативов Янницы и частные компании Agrinio и Hohlios за предоставленное топливо, а также лаборатории химии и технологии углеводородов и неорганической и органической геохимии Технического университета Крита. , для анализов CHNS и XRF.

Список литературы

Ан, Дж., И Янг, Дж. Х. (2018). Характеристики горения 16-ступенчатого колосникового котла на древесных гранулах. Обновить. Энергия 129, 678–685. DOI: 10.1016 / j.renene.2017.06.015