Особенности твердотопливных котлов на пеллетах. Принцип работы пеллетных котлов
Самодельный пеллетный котел своими руками
Из всех водогрейных отопительных установок, сжигающих различные виды твердого топлива, самым совершенным по праву считается пеллетный котел. И неудивительно, ведь эффективность сжигания пеллет очень высока, а степень автоматизации агрегата позволяет не вмешиваться в его работу неделями, только бы хватало объема загрузочного бункера. Но все эти достоинства оборачиваются и другой стороной – приличной стоимостью оборудования, в число которого входит не только сам отопитель, но и топливный бункер со шнековым конвейером. Однако, есть возможность стать счастливым обладателем столь высокотехнологичного агрегата, заплатив за него вдвое дешевле. Для этого придется сделать пеллетный котел своими руками, эту тему мы и разберем в данном материале.
Устройство и принцип работы пеллетных котлов
Чтобы смонтировать самостоятельно подобную твердотопливную установку, нужно будет хорошо потрудиться, а для начала разобраться, как она работает и из чего состоит. Сердцем пеллетного агрегата является горелочное устройство, что выполняет практически все основные функции и связано с контроллером котла, действуя по его командам. Горелки, предназначенные для сжигания пеллет, бывают двух типов:
- ретортные;
- факельные.
Разница между ними заключается в следующем. Ретортная пеллетная горелка представляет собой чашу (реторту), наполняемую снизу топливом посредством шнека, а воздух в зону горения подается вентилятором через отверстия, расположенные по бокам чаши. При работе столб пламени направлен вверх, что должна учитывать конструкция котла.Факельное горелочное устройство – это труба, она же – камера сгорания, где с одного торца происходит шнековая подача пеллет, а из другого выходит мощный факел пламени, направленный горизонтально. Это достигается нагнетанием воздуха в камеру с той же стороны, что и топлива.
Примечание. Горелки факельного типа применяются чаще ретортных, так как у последних случаются проблемы с подачей пеллет низкого качества. Для сборки котельной установки своими руками также предпочтительнее использование факельного горелочного устройства, ниже мы обоснуем почему.
В дальнейшем мы будем рассматривать работу агрегата с факельной горелкой, поскольку для нашей цели данная конструкция подходит лучше. Итак, камера сгорания в виде трубы находится внутри котла, а наружная часть горелки состоит из корпуса с подающим шнеком и вентилятором для нагнетания воздуха. Для функционирования электрического розжига и поддержания пламени в конструкцию также входит плата управления, фотодатчик и элемент накаливания. В верхней части корпуса находится патрубок топливоподачи.
Процесс происходит так: по команде контроллера шнек подает в камеру небольшое количество пеллет и останавливается. Включается элемент накаливания и одновременно с ним вентилятор, вызывая возгорание топлива. Появление устойчивого пламени фиксирует фотодатчик, и извещает об этом блок управления, а тот выключает элемент накаливания. Дальше начинается работа в обычном режиме, шнековый конвейер возобновляет подачу, а вентилятор нагнетает требуемое количество воздуха. По команде того же контроллера в горелку через патрубок насыпаются пеллеты, перемещаемые туда из загрузочного бункера внешним шнековым конвейером.
Примечание. Многие производители используют топливный бункер, закрепленный прямо над патрубком горелки, что позволяет пеллетам самостоятельно ссыпаться в него без дополнительного конвейера.
Теперь стоит рассмотреть устройство пеллетного котла в целом. Конструкция корпуса агрегата типична для всех твердотопливных установок, она представляет собой внутреннюю камеру из стали либо чугуна, заключенную во внешний кожух, заполненный водой, — водяную рубашку. Для отбора теплоты у дымовых газов конструкцией может быть предусмотрено 2 типа теплообменников:
- жаротрубный;
- водотрубный.
В водотрубном теплообменнике теплоноситель протекает через трубы, омываемые продуктами горения и передающие ему свое тепло. Но такое устройство нечасто встречается в твердотопливных котлах, обычно в них все наоборот: дымовые газы проходят сквозь трубы, отдавая энергию горения водяной рубашке, это и есть жаротрубный теплообменник. Чтобы работа котла была эффективной, теплообменник делается двух – или трехходовым. Это значит, что дымовые газы, проходя по жаровым трубам, дважды или трижды меняют свое направление на противоположное, делая 2 или 3 хода. Это позволяет отдать им максимум тепла водяной рубашке, а на выходе в дымоход получить температуру не более 150 ºС.
Рабочий процесс происходит так: горелка сжигает топливо и нагревает стенки камеры, а те прогревают теплоноситель. В свою очередь, продукты горения под воздействием естественной тяги и работы вентилятора проходят сквозь жаровые трубы, также отдавая теплоту водяной рубашке, и выбрасываются в дымоход. Интенсивность горения управляется контроллером по сигналу датчика температуры, погруженного в теплоноситель на выходе из агрегата. В том и заключается принцип работы пеллетных котлов, чтобы автоматически регулировать процесс сжигания и по необходимости увеличивать или уменьшать подачу топлива и воздуха в горелку.
Рекомендации по изготовлению котла
Первое, что следует сделать – это выбрать конструкцию агрегата. Здесь рекомендации следующие: не усложнять себе работу и подобрать устройство котла с учетом перспективы. Простыми словами, стоит отделить те элементы, что можно изготовить самостоятельно от других, которые придется приобрести. К последним относится горелочное устройство с набором автоматики.
Некоторые мастера-умельцы предлагают делать и горелку своими руками, но этот узел достаточно сложен, на него можно потратить массу времени и усилий, а в результате функционирование и расход пеллетного котла будут непредсказуемыми. Наверняка проще купить готовое изделие и поставить его в самодельный агрегат, но этот вопрос каждый решает для себя сам.
Чтобы подобрать конструкцию с учетом перспективы, нужно сделать ее универсальной. То есть, предлагается изготовить самодельный пеллетный котел по образу обычного твердотопливного агрегата, в котором есть возможность сжигать дрова и уголь. В сущности, теплообменные процессы, происходящие в обоих видах отопителей, идентичны, отличается лишь топливо и способ его сжигания, что показано на рисунке:
Итак, смело принимаем конструкцию традиционного твердотопливного котла с возможностью встраивания вместо загрузочной дверцы горелочного устройства на монтажной пластине. Это даст следующие преимущества:
- Поскольку изготовление пеллет пока не очень распространено в нашей стране и с топливом возможны перебои, то можно в любой момент снять пеллетную горелку и обогревать жилище с помощью дров или угля.
- Появится возможность использовать природный газ или солярку, поставив вместо пеллетной горелки газовую или дизельную.
Для топки котла лучше всего взять жаропрочную сталь толщиной 5 мм. Идеальный вариант – сталь, легированная хромом и молибденом (нержавейка), но она достаточно дорога, а для ее сваривания требуются особые навыки. По этой причине пеллетные котлы изготавливают из обычной углеродистой стали Ст20, а для кожуха водяной рубашки подойдет марка Ст3 толщиной 3 мм. Из такого же металла, что и камера сгорания, предпочтительнее взять заготовки для дверец и жаровые трубы для теплообменника. Колосниковую решетку вырезают из стали толщиной 10 мм или просто покупают готовую. Ну и для патрубков дымохода и теплоносителя понадобятся отрезки труб соответствующих диаметров.
Сборка производится посредством сварки, используя чертежи пеллетного котла. Особое внимание следует уделить ужесточению стенок водяной рубашки отрезками стальной полосы или уголка, а также съемной конструкции загрузочной дверцы. По окончании сварные швы нужно обязательно испытать на проницаемость и устранить недостатки.
Обвязка пеллетного котла
На практике монтаж пеллетного котла мало чем отличается от установки других твердотопливных «собратьев». Тут основная задача – правильно разместить все оборудование вместе с устройствами топливоподачи. Помните, что между блоками агрегатов требуется соблюдать проходы шириной не менее 700 мм, а перед лицевой панелью агрегата должно быть пространство 2 м.
Если при розжиге любого твердотопливного котла после остановки внутрь подавать теплоноситель из системы отопления, то на внутренних стенках топки образуется токсичный конденсат вперемешку с золой и сажей. Чтобы не допустить этого процесса, со временем разрушающего металл, при монтаже используются схемы обвязки пеллетных котлов со смесительным узлом.
Здесь главную роль играет трехходовой клапан, чьей задачей является не допустить попадания в рубашку агрегата теплоносителя из системы до тех пор, пока он не прогреется. В это время вода, побуждаемая насосом, циркулирует по малому кругу из подающего трубопровода прямо в обратный через трехходовой клапан. Как только она достигнет установленной температуры, клапан начнет подмешивать в обратку воду из системы, в конце концов перекрыв движение по малому кругу. При этом обвязка котла, работающего на пеллетах, должна предусматривать установку насоса на обратном, а не подающем трубопроводе. Не следует забывать и о группе безопасности с предохранительным клапаном и манометром, которую нужно ставить на выходном патрубке отопителя.
Заключение
Как показывает практика, самодельные котлы, работающие на пеллетах, по своему КПД уступают установкам заводского изготовления, зато превосходят их доступной стоимостью и надежностью. Последняя достигается толщиной конструктивных элементов из металла.
cotlix.com
Твердотопливные котлы на пеллетах - особенности эксплуатации
Среди множества отопительных установок, использующих для генерации тепла различные виды твердого топлива, особое место занимают твердотопливные котлы на пеллетах. Последние представляют собой гранулы цилиндрической формы, изготавливаемые методом прессования отходов древесины, торфа, соломы, шелухи подсолнечника и прочих отходов сельскохозяйственного производства. Теплотворная способность данного биотоплива в полтора раза выше, чем у сухих дров, поэтому пеллеты широко используются для производства тепла на Западе и становятся все более популярными в нашей стране.
Конструкция и принцип работы пеллетного котла
Прежде чем определить плюсы и минусы обогрева зданий с применением древесных гранул, стоит разобраться в устройстве и принципе действия агрегатов, которые их сжигают. Современный твердотопливный отопительный котел на пеллетах – это высокотехнологичная автоматизированная установка, показывающая самую эффективную работу среди всех агрегатов других типов, его КПД составляет до 92% (по информации заводов – изготовителей). Продолжительность горения без вмешательства человека определяется двумя факторами:
- запасом гранул в бункере, из которого они подаются в топку;
- периодичностью очистки внутренних элементов агрегата от золы и пепла.
На рисунке изображен твердотопливный котел на пеллетах с горелочным устройством факельного типа.
Пеллетный котел с ручной загрузкой топлива
Агрегат состоит из камеры сгорания и жаротрубного теплообменника, заключенных в водяную рубашку. «Сердцем» теплогенератора является пеллетная факельная горелка с принудительным нагнетанием воздуха. Продукты горения, выходя из топки, делают 3 хода по жаровым трубам и отдают свою теплоту водяной рубашке. После этого они попадают в дымоход и выбрасываются наружу, в котлах большой мощности для этой цели задействован второй вентилятор – дымосос. В некоторых моделях для дополнительного отбора тепла у дымовых газов на выходе из агрегата устанавливается дополнительный теплообменник – экономайзер. Благодаря ему КПД повышается на 3—5%.
По количеству ходов, совершаемых дымовыми газами в жаровых трубах, все твердотопливные котлы длительного горения подразделяются на одно-, двух – и трехходовые. В первых продукты сгорания сразу из топки попадают в газоходы теплообменника, не меняя направления движения. В остальных агрегатах они делают перед выбросом 2 или 3 хода, самыми эффективными считаются трехходовые теплогенераторы, поскольку они отбирают теплоту у дымовых газов по максимуму.
Горелочные устройства
Горелки, которыми оборудуются пеллетные котлы отопления, бывают двух типов: факельные и ретортные, последние еще называют устройствами объемного горения. Двухходовой агрегат с ретортной горелкой в действии представлен на рисунке:
Котел с автоматической подачей топлива в разрезе
Горелка выполнена в виде чаши с прорезями по бокам, в них сквозь воздушный канал вентилятор нагнетает воздух для горения. Топливные гранулы подаются в нижнюю часть «чаши» шнековым конвейером, а в него пеллеты попадают из бункера способом свободного падения через дозирующее устройство. Все устройства, задействованные в процессе сжигания топлива, управляются контроллером отопителя. Принцип работы ретортной горелки изображен на схеме:
Ретортная горелка
Горелка факельного типа функционирует несколько иначе, шнековый конвейер в ней подает гранулы на специальную площадку, где сквозь них вентилятор продувает воздух. В процессе работы возникает мощный устойчивый факел, направленный горизонтально, как показано на схеме:
Факельная горелка
Оба горелочных устройства функционируют одинаково надежно и хорошо прогревают водяную рубашку теплогенератора. Небольшое предпочтение отдается факельной горелке, поскольку известны случаи, когда из-за низкого качества пеллет чаша реторты засорялась, пламя становилось неустойчивым, а то и вовсе угасало.
Для организации непрерывной подачи топлива в отопительных установках небольшой мощности применяется навесной или приставной бункер для пеллетного котла. Его вместительности хватает от 1 суток до нескольких дней, учитывая, что для выделения 10 кВт тепловой энергии каждый час надо сжигать 2 кг гранул. Другими словами, для обогрева 100 м2 площади среднестатистического здания используется 2 кг топлива в час, в сутки это выйдет 48 кг.
При насыпной плотности пеллет 650 кг/м3 объемный расход топлива в сутки составит 0.07 м3. Для теплогенераторов средней и большой мощности организовывается подача гранул из отдельно стоящего бункера или емкости конической формы, подвешиваемой к стене. В этом случае возникает необходимость в еще одном шнековом конвейере для перемещения биотоплива от бункера к горелке, длина шнека может достигать 10 м.
Бункер с конвейером для подачи пеллет в топку котла
Производители теплогенерирующего оборудования в частный дом или производственное здание рекомендуют выполнять очистку зольника, пространства топки и дымогарных труб в среднем 1 раз в неделю. Некоторые из них предлагают поставку агрегата со специальным комплектом инструментов для чистки. В него входят различные щетки или даже портативный мощный пылесос, он отлично справляется с удалением золы из дымогарных труб трехходовых отопительных установок.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что при наличии достаточно большого бункера для хранения гранул и шнекового конвейера для их транспортировки непрерывная длительность горения пеллетного агрегата составляет 7 дней, по их истечении нужна остановка для обслуживания и чистки.
Краткий обзор средств автоматизации
Современные пеллетные котлы длительного горения имеют высокий уровень автоматизации, сопоставимый с газовыми или электрическими отопителями. Перечень функций, обеспечивающих комфорт и безопасность эксплуатации, впечатляет:
- Управление средствами топливоподачи с дозированием.
- Розжиг и погашение горелки в автоматическом режиме.
- Регулировка интенсивности горения и удаления дымовых газов путем изменения производительности нагнетателя воздуха и дымососа.
- Контроль максимального и минимального уровня теплоносителя в водяной рубашке.
- Контроль за давлением воды.
- Автоматический сбросной клапан и воздухосбрасыватель (группа безопасности).
- Датчики, контролирующие расход пеллет и сигнализирующие об их минимальном количестве в бункере.
- Датчики температуры теплоносителя.
- Датчик наличия тяги в дымоходе.
Пеллетная горелка в разрезе
Стоит уделить отдельное внимание системе розжига, вмонтированной в горелку. Она состоит из элемента накаливания и фотодатчика, связанных с электронным блоком управления. Когда шнек доставит необходимое для розжига количество топлива, он останавливается, а включается электрический нагревательный элемент. От раскаленного электрода кучка гранул воспламеняется, что регистрирует фотодатчик. После того как вентилятор увеличит поток воздуха на горение и шнек добавит топлива, появится устойчивый факел пламени. Тогда по сигналу фотодатчика контроллер отключит элемент накаливания.
Преимущества и недостатки пеллетных котлов
Осуществлять отопление дома водогрейной установкой на прессованных гранулах – один из наилучших вариантов, и вот почему:
- высокая теплоотдача топлива и конструкция установки обеспечивают КПД до 92%;
- выбросы в атмосферу вредных веществ минимальны;
- высокий уровень автоматизации обеспечивают комфортную и безопасную эксплуатацию отопителя;
- длительность горения – этот показатель лучше, чем у других твердотопливных водонагревателей;
- не требуется частое обслуживание;
- возможность присоединения выносных регуляторов температуры в помещениях и датчика наружного воздуха;
- удаленное управление с помощью GSM – модуля или мобильных приложений для смартфона.
Многие российские и зарубежные производители декларируют свои изделия как котлы на дровах и пеллетах, поскольку в них существует возможность переходить с одного вида топлива на другое. Для этого всего лишь нужно снять с фронтальной панели горелку и поставить вентилятор на монтажной пластине, после чего в топку через дверцу можно загружать дрова. Приборы автоматики и управления адаптированы для подобных переходов и будут успешно регулировать процесс сжигания древесины.
У каждой монеты есть две стороны, так и отопители на древесных гранулах имеют свои недостатки. Например, их нежелательно приобретать людям, проживающим в районах с ненадежным электроснабжением, поскольку установка без электроэнергии функционировать не сможет. В крайнем случае придется обзавестись бензиновым генератором электричества или блоком бесперебойного питания.
Второй существенный минус – высокая стоимость оборудования, самая большая среди твердотопливных «собратьев». Например, использовать пеллетные котлы для дачи может оказаться не всегда целесообразным, поскольку это удовольствие не из дешевых.
Заключение
Нет сомнений в том, что пеллетный котел для частного дома – один из самых приемлемых вариантов обогрева. Благодаря своим отличным показателям эти отопительные установки обещают стать самыми популярными в обозримом будущем, несмотря на главное препятствие – высокую цену.
cotlix.com
Отопление - автоматические пеллетные и угольные котлы
Стандартный комплект оборудования автоматического пеллетного котла включает в себя котёл, оборудованный горелкой для сжигания пеллет, бункером для хранения топливных гранул и устройством подачи топлива из бункера в горелку (шнек).
Очевидно, что одним из основных достоинств автоматических котлов и горелок является то, что с их помощью можно создать полностью автономную систему отопления.
Автоматический пеллетный котел обеспечивает:
- автоматическую подачу топлива в горелку
- автоматический розжиг пеллет
- контроль пламени горелки, стабильное поддержание заданной температуры в помещении
- высокий стабильный КПД (до 95%)
- минимум затрат времени на обслуживание - загрузка бункера топливом производится один раз в 3-14 дней
- безопасность работы системы
Последовательность работы автоматического пеллетного котла/горелки: 0. Подключение оборудования к системе отопления и электроснабжения. Настройка параметров работы горелки пользователем (возможно использование заводских настроек). 1. Загрузка бункера пеллетами (выполняется один раз в 3-14 дней, в зависимости от объема бункера и теплопотерь дома). 2. Запуск системы нажатием кнопки. 3. Шнек (механизм подачи пеллет) автоматически загружает пеллеты в горелку. 4. ТЭН (элемент розжига) производит розжиг пеллет в горелке. Начинает работать вентилятор наддува, на дисплее постоянно отображается информация о состоянии горелки. 5. Как только фотоэлемент фиксирует наличие пламени, нагревающий пеллеты элемент отключается, система переходит в режим нагрева - шнек периодически подает пеллеты в горелку, работает вентилятор. 6. При достижении заданной пользователем температуры в системе отопления (например - 60ºC), система переходит в режим поддержания горения - подача воздуха и пеллет уменьшается. 7. Если температура в системе отопления начала падать (например, из-за резкого похолодания), горелка вновь переходит в режим нагрева, пока температура не достигнет заданной. *. Выключение горелки производится пользователем, нажатием кнопки "Стоп" или в случае возникновения ошибки (например, в случае перегрева котла). Прекращается подача пеллет в горелку, система переходит в режим выжигания пеллет - вентилятор в течение 5 минут на полных оборотах дожигает оставшиеся пеллеты. **. Периодически (раз в одну-две недели) необходимо прочищать теплообменник и зольник котла, а также пеллетную горелку от золы, оставшейся от сжигания пеллетных гранул (в среднем остается 1 ведро золы на 1 тонну пеллет).
Перейти к автоматическим пеллетным котлам
Перейти к автоматическим пеллетным горелкам
teplohorosho.ru
