Твердопаливні котли з давніх пір широко використовуються для опалення завдяки простоті, надійності та відносній дешевизні використовуваного палива – дров, бурого і кам’яного вугілля, коксу, відходів деревообробки, хоча і мають деякі недоліки. Самий істотний недолік пов’язаний з тим, що тверде паливо швидко прогорає і його необхідно періодично додавати для безперервної роботи теплогенератора, проте в кінці XX – початку XXI століття з’явилися нові технології, значно подовжують процес горіння. Крім того, постійне зростання вартості самого поширеного енергоносіїв – газу, віддаленість багатьох населених пунктів від газових магістральних мереж, дозволяє вважати використання твердопаливних агрегатів цілком економічно доцільним і енергоефективним.

Типи сучасних твердопаливних котлів

По пристрою і виду палива сучасні котли на твердому паливі можна класифікувати на такі основні типи:

• котли з нижнім згоранням палива;
• агрегати з верхнім згорянням;
• газогенераторні котли;
• пелетні теплогенератори;
• парові агрегати.

Котли з нижнім згоранням

Котел з нижнім згоранням – це найбільш поширений твердопаливний агрегат, що працює переважно на дровах та вугіллі. Конструкція теплогенератора включає наступні основні елементи, укладені в корпусі: топку або камеру згоряння, теплообмінник, подаючий і зворотний патрубки контуру системи опалення, колосникові ґрати, дверці для завантаження палива, дверцята для розпалу й очищення від золи, димар.

Корпус сучасних котлів виготовляється із сталі, а теплообмінник може бути як сталевих, так і чавунним. У кожного виду теплообмінника є свої переваги і недоліки. Агрегати з чавунним теплообмінником мають більш високу стійкість до корозії, ніж сталеві. Це важливий момент, оскільки при розпалюванні твердопаливних теплогенераторів до моменту, поки температура не перевищить точку роси, в топці утворюється конденсат, який в суміші з продуктами горіння дуже агресивний до металів. Чавунний теплообмінник також більш вогнестійкий, ніж сталевий, тому має більший термін служби. Недоліки чавунних теплообмінників – крихкість, велика вага, мала стійкість до температурних перепадів теплоносія в системі опалення, вони не повинні перевищувати 20 °C.

Зазвичай чавунні теплогенератори поділяються на окремі секції, що полегшує труднощі в транспортуванні, монтажі, а в разі виходу з ладу однієї з секцій її легко замінити. Агрегати зі сталевим теплообмінником є цілісними конструкціями.

У пристрої котла з нижнім згоранням можуть бути передбачені дві-три топочні камери, що дає можливість допалювання частинок палива. При цьому зменшується викид шкідливих продуктів горіння в атмосферу, витрата палива знижується, а коефіцієнт корисної дії котла збільшується. Сучасні твердопаливні котли опалення дозволяють управляти процесом горіння, для чого використовується система управління з вентилятором для наддуву повітря.

Котли з верхнім згорянням

В агрегаті з верхнім згорянням процес спалювання палива – вугілля, дров, брикетів з торфу або тирси – на відміну від котла з нижнім згоранням відбувається не знизу вгору, а зверху вниз. Це стало можливим після винаходу, зробленого і запатентованого литовським інженером Е. Штрупайтисом в 2000 році і вперше використаного в котлах фірми «Stropuva». Горіння в такому теплогенераторі підтримується тільки у верхньому шарі заставленого палива, товщиною приблизно в 15 см, куди зверху подається гаряче повітря через спеціальну телескопічну трубу з особливою камери. По мірі згорання закладки труба під власною вагою поступово розсовується і опускається вниз, так що розподільник повітря на кінці труби постійно знаходиться в центрі полум’я.

Опалювальний твердопаливний котел з верхнім згорянням, що працює на дровах, дозволяє робити одну закладку раз в 30 годин, а агрегат, який працює на вугіллі – одну закладку раз в 5 днів. Режим роботи теплогенератора – від однієї закладки до іншого. Тобто, після повного згоряння завантаженого палива необхідно видалити утворилася золу і зробити нову закладку.

Агрегати з верхнім згорянням мають значну висоту, але місця на площі займають небагато.

Газогенераторні (піролізні) котли

Опалювальні газогенераторні котли на твердому паливі оснащуються 2-ма камерами згоряння. Принцип їх роботи заснований на тому, що деревина під дією високої температури і в умовах нестачі кисню перетворюється у деревне вугілля з виділенням піролізного газу. В одній камері спочатку відбувається звичайний процес горіння при нормальній подачі повітря через спеціальне вікно. Після того, як дрова нормально розгоряться, подача повітря за допомогою автоматичного регулятора зменшується, і котел переходить в режим освіти піролізного газу. Дрова повільно тліє, а виділяється газ піднімається в другу камеру, де відбувається процес його допалювання.

ККД газогенераторного агрегату досягає 85-90 %, шкідливі викиди продуктів горіння в атмосферу скорочуються до мінімуму, палива для такого котла потрібно у кілька разів менше, ніж для теплогенератора прямого горіння. В якості палива, крім дров, можуть використовуватися відходи деревини з вологістю не більше 20 %.

Пелетні котли

Пелетні котли працюють на біопаливі з торфу, тирси, відходів переробки продукції сільського господарства, спресованому в циліндричні гранули, які носять назву пелети. Гранули мають невеликі розміри і надходять у продаж в зручних упаковках, що полегшують транспортування і зберігання.

Пелетні котли оснащуються автоматичною системою управління, у тому числі подачею паливних гранул в камеру згоряння, що має невеликі розміри. У зв’язку з цим автоматика з великою точністю регулює обсяг подаваного палива, при цьому досягається найбільш повне згоряння та отримання горючих газів з максимальною температурою за рахунок примусового нагнітання повітря в область горіння з допомогою вентилятора.

Пелети завантажуються в паливний бункер, звідки за допомогою системи подачі надходять у камеру згоряння. Бункер може бути окремовстановленим або вбудованим в конструкцію котла, ємність бункера для котла потужністю 20-40 кВт, як правило, становить не більше 200-250 кг, чого вистачає на тиждень безперервної роботи. Система подачі являє собою гвинтовий конвеєр, що приводиться в рух електродвигуном. Якщо необхідна транспортування пелет на великі відстані, то може використовуватися пневматична система подачі.

Автоматика пелетних теплогенераторів включає системи механічного видалення золи і самоочищення, можливість управління температурою в трубопроводах опалення в залежності від погоди та інші пристрої, що полегшують експлуатацію агрегатів пелетного опалення.

Твердопаливні котли парові

Парові котли на твердому паливі у зв’язку з їх великою потужністю і габаритами застосовуються переважно в промисловості для забезпечення паром технологічних процесів та систем опалення. Особливо ефективно застосування парових твердопаливних теплогенераторів на підприємствах з великою кількістю відходів, придатних для спалювання в якості палива при неможливості використання інших джерел енергії. Агрегати невеликої потужності можуть також застосовуватися для опалення житла та інших приміщень різного призначення.

За принципом роботи парові котли поділяються на 2 основні типи: жаротрубні і паротрубные.

В жаротрубному агрегаті нагріті при спалюванні палива до високої температури продукти горіння циркулюють по системі труб і передають теплову енергію воді, яка ці труби оточує. Вода при цьому перетворюється в пару і потім надходить у систему опалення або з паропроводами промисловим споживачам. Так як пара, що утворилася володіє великим тиском, стінки такого котла роблять дуже товстими. У зв’язку з цим з міркувань безпеки жаротрубні котли мають обмеження по потужності.

У водотрубних котлах принцип роботи зворотний – всередині корпуса по системі труб тече вода, нагріті продукти горіння циркулюють навколо них, в результаті вода в трубах перетворюється в пар і далі надходить споживачам. Водотрубні агрегати більш безпечні, тут не потрібно великої товщини стінок корпусу, що дозволяє значно підвищити їх продуктивність.

Парові котли оснащуються системами автоматики, що включають пристрої розпалювання палива та припинення горіння, регулювання витрати води і палива. Велике значення має група безпеки твердопаливного котла, в яку входять індикатори температури, запобіжні термостати, манометри, запобіжні пресостати і клапани тиску пара, інші прилади та пристрої, які забезпечують безаварійну роботу.

Як підібрати потрібний котел

Щоб підібрати потрібний котел опалення на твердому паливі, потрібно враховувати наступні фактори:

• тип агрегату – з верхнім або нижнім згоранням, газогенераторний, пелетний або паровий, найбільш підходящий для даних умов експлуатації;
• потужність котла, необхідну для опалення і приготування гарячої води;
• вид твердого палива, який планується використовувати;
• об’єм топкової камери, від чого буде залежати частота закладки палива;
• матеріал теплообмінника – сталь або чавун, з урахуванням переваг і негативних особливостей кожного матеріалу;
• необхідність підключення до електромереж, так як деякі моделі котлів мають пристрої, що працюють від електроенергії – Тени для підтримки температури в період відключення котла, димососи, вентилятори для наддуву повітря;
• оснащення автоматичним управлінням, вузлами безпеки, так як твердопаливні котли для будинку повинні бути в повній мірі забезпечені усіма приладами і пристроями для безаварійної роботи;
• можливість перекладу на інші види палива або використання декількох видів.

Деякі правила експлуатації

Дотримання правил експлуатації дозволять продовжити термін служби агрегату і зроблять його функціонування безпечним. Для полегшення продуктивної роботи твердопаливного котла рекомендується дотримувати нескладні правила:

• використовувати тільки якісне паливо, так як в противному випадку можуть забитися пристрою агрегату, канали і димоходи, що призведе до втрати тяги;
• використовувати виключно сухі матеріали – дрова, вугілля, пелети, торф. При підвищеній вологості палива потужність котла буде знижуватися;
• періодично оглядати і прочищати канали агрегату, що особливо важливо для теплообмінника і димоходів;
• наявний димохід повинен бути відповідного перерізу і висоти, при недостатній переріз димоходу слід купувати котел з примусовою витяжкою;
• якщо в якості димоходу використовується сталева труба, то вона повинна бути утеплена;
• приміщення, в якому встановлюється котел, повинно мати добру вентиляцію – приплив повітря забезпечить нормальне горіння.

Відео з прикладом правильної роботи твердопаливного котла: