Альтернатива газу: обзор автоматических угольных котлов

Проблема отсутствия удобного централизованного или газового отопления промышленных, жилых и хозяйственных помещений давно решена: на смену стационарным кирпичным печам пришло оборудование нового поколения – автоматические угольные котлы.

Разновидности

Когда возникает вопрос о выборе подходящего оборудования для отопления дома твердым топливом, то учитываются такие важные моменты: способ горения, материал изготовления и метод подачи угля.

Все агрегаты работают на твердом каменном угле.

Тип горения

Так, различают котлы прямого и длительного горения. Прямое или горение «снизу вверх» основано на принципе циркуляции воздуха из нижней части камеры сгорания. При этом топливо начинает гореть снизу. В случае с длительным горением топливо сжигается сверху.

Механизм прямого сгорания очень прост: котел разжигается и в камеру вручную подается уголь. Воздух для сжигания поступает через отверстия (колосники) снизу — это способствует хорошему охватыванию огнем нижних слоев угля и продвижению его вверх. В агрегате с длительным горением топливо помещается в камеру и только потом разжигается верхний его слой. Воздух через специальную систему подводится сверху.

Такой способ сжигания экономичен и требует загрузки в 2 раза меньше, чем в случае прямого горения.

Однако агрегаты, работающие на угле, очень капризны к качеству топлива: оно должно быть сухим и слабоспекающимся, а дозаправить можно только когда прогорит первая порция.

Классификация по материалу

Котлы, работающие на угле, могут быть изготовлены из специальной котловой стали и из чугуна. Сталь неустойчива к коррозии, быстрее прогорает, но ее ремонтопригодность стала достоинством систем из этого материала.

Чугун же, наоборот, имеет внушительный срок эксплуатации, сопротивляется коррозии, но при этом очень хрупок. Это очень усложняет ремонт чугунных котлов, требует замены изношенных частей. Поэтому иногда при изготовлении эти материалы комбинируют. Например, из стали делают корпус, а из чугуна – камеру сжигания.

Классификация по способу подачи

Котлы разделяют на агрегаты с классической, с полуавтоматической и с автоматической подачей топлива. Классическая подача – это ручная закладка в камеру, которая требует постоянного присутствия пользователя для поддержания нужной температуры. Эти агрегаты недорогие, но большой расход материала и малое время его тления делают выгоду минимальной.

Полуавтоматические котлы оснащены микропроцессорами и вентилятором. Все это дает рост рабочего времени на одной загрузке с выделением необходимого количества тепла.

Автоматические угольные котлы оснащены системой микропроцессорного управления вентилятором и датчиками автоотключения при превышении температуры воды. Туда также встроены датчики контроля, управления защитным клапаном от возгорания, датчики температуры.

При поступлении сигнала с датчика температуры топливо автоматически заливается водой – так исключается пожароопасная ситуация. Расход топлива сокращен до 50%, что сокращает в свою очередь и образование золы почти в 3 раза. Поэтому, несмотря на высокую цену, эти котлы очень экономичны и надежны в эксплуатации, полностью оправдывают вложения.

Устройство котла

Угольный котел с автоматикой использует для подачи топлива механизм ременно-шестеренчатой передачи, которая управляется электродвигателем. Механизм оснащен лентой для транспортировки топлива и емкостью, в которую оно засыпается.

При необходимости очистки агрегата дно камеры открывается, и сбор твердых несгоревших остатков помещается в контейнер.

Принцип работы

В угольной отопительной системе автоматического типа используется принцип работы конвейера. Материал для отопления попадает на транспортерную ленту и подается в камеру. То, как сработает механизм движения, зависит от температуры воды в системе. Температура фиксируется датчиком и предается в микропроцессорный блок управления.

Когда температура падает, транспортерная лента начинает свое движение, и топливо подается в камеру. Удаление золы тоже является автоматизированным процессом.

Модели для промышленных предприятий могут автономно работать на протяжении месяца, в то время как бытовые котлы имеют небольшие бункеры и могут самостоятельно работать только в течение 2-3 дней.

Процесс работы

Итак, процесс отопления на автоматическом котле и угле в качестве топлива состоит из нескольких этапов:

• вручную засыпается уголь в бункер. От вместимости бункера зависит количество закладок и время непрерывной работы системы;
• шнековой подачей топливо передается в камеру автоматически. Редуктор работает от электродвигателя;
• топливо выдавливается в камеру и под давлением подается воздух;
• сгорание происходит тонкими слоями, уменьшая количество сажи и не прогоревших частиц, но при необходимости котел будет автоматически удалять золу.

Как выбрать?

При выборе следует обратить внимание на следующие моменты:

• фракция используемого угля — менее прихотливо оборудование, работающее на фракции до 80 мм;
• возможность использования различного вида топлива;
• размеры, объем и номинальная мощность резервуара;
• напряжение электродвигателя — для дома желательно использовать системы, работающие от напряжения в 220 вольт;
• КПД системы – для оборудования промышленного типа он составляет до 81% при одновременном отоплении площадей до 3500 м2.

Особенности

Автоматический угольный котел бытового типа все же требует вмешательства человека: наполнить резервуар, механически убрать золу и следить за бесперебойной подачей электроэнергии. Но даже в этом случае они являются отличной альтернативой всем другим видам отопительного оборудования.

Проблемой являются частые поломки рабочего механизма, которые требуют дорогостоящего ремонта. Кроме того, простой в работе приводит к охлаждению дома (отапливаемого помещения).

Использование

Подобного рода оборудование чаще всего используется для отопления частного дома. Его особым образом монтируют в систему, соблюдая при этом ряд требований:

• площадь помещения котельной должна составлять более 7 м2, и все комнаты дома должны быть обеспечены притоком воздуха;
• напольные покрытия дома должны быть негорючие;
• котел должен располагаться на расстоянии 0,5 метра от стен котельной, а под него кладут металлический лист, который также защитит от возгорания;
• дымоходы должны иметь требуемый диаметр сечения в соответствие с рекомендациями производителя;
• электродвигатель и системы автоматики лучше изолировать от любого нагревания.

Таким образом, котлы на угле являются прекрасной альтернативой устоявшимся системам отопления частного дома.

Котлы длительного горения на угле с автоматической подачей

Несмотря на все преимущества научно-технического прогресса — угольный котел по-прежнему востребован для индивидуальных систем отопления, а в отдельных случаях является единственным возможным источником нагрева.

Поэтому монтаж таких агрегатов целесообразен, прежде всего, для пригородных коттеджей, а также для домов, расположенных в небольших населенных пунктах. Понимая, как функционирует твердотопливный отопительный агрегат, выполнив профессиональный подбор оборудования, можно реализовать в доме надежную схему теплоснабжения.

Что собой представляют угольные котлы

Уголь — твердое топливо, состоит из горючих веществ, главной частью которых является углерод. Уголь распространён во всех российских регионах, намного больше, чем магистральный газ, мазут и печное топливо.

Непрерывно растущие цены на энергоносители поднимают роль котлов длительного горения на угле, в качестве альтернативе газовым агрегатам. Имеет уголь превосходство и перед дровами, поскольку при сжигании 1 кг угля выделяют в 2 раза больше тепловой энергии.

Котел длительного горения на угле — это вариация твердотопливного агрегата, механизм которого в наибольшей степени оптимизирован для применения каменного угля в качестве энергоносителя.

Использование современных технологий позволяют работать таким инерционным агрегатам в автоматическом режиме. Блок управления автономно осуществляет контроль процессов горения, тем самым обеспечивая его максимальную эффективность.

Применение и эффективность

Угольные котлы для отопления частного дома нашли применения в регионах России, где отсутствует магистральные подвод газа, а также имеется дефицит по другим энергоресурсам: дрова, электроэнергия.

Популярность угля выше вблизи крупных транспортных узлов, поскольку для перевозки большого количества угля используется в основном железнодорожный транспорт.

Для того чтобы повысить эффективность работы угольного котла, необходимо выполнить ряд мероприятий. Начинают с выбора марки угля. Он добывается в шахтах и может содержать 15-20% пустой породы, не способной гореть, и образующей много золы.

У необработанного угля зольность достигает 30%. Поэтому для энергетических целей уголь проходит специальную обработку на обогатительных комплексах, что повышает КПД агрегатов, у традиционных угольных устройств до 70-75%, а у автоматических — практически до 90%.

Кроме того, с тем, чтобы увеличить экономичную работу системы теплоснабжения дома, оборудованной угольным агрегатом, необходимо учитывать такие моменты:

1. Не применять сырой уголь, поскольку существенная часть энергии из теплотехнического цикла пойдет на его просушку.
2. Следить за состоянием дымоотводной системы и поверхностями нагрева котла, они должны быть чистыми.
3. Обеспечить достаточное количество воздуха. В помещении, где установлен агрегат, должна существовать эффективная трехкратная приточно-вытяжная вентиляция.
4. Задействовать терморегуляторы в схеме работы автоматического угольного котла.
5. Выполнить эффективную теплоизоляцию дома.
6. Усовершенствовать внутридомовою тепловую схему, установить циркуляционный насос и бойлер косвенного нагрева горячей воды.

Устройство и принцип работы котлов на угле

Традиционные твердотопливные угольные котлы изготавливаются с различной конфигурацией, но у них остается неизменным одно — организация процесса горения. Угольные котлы для отопления частного дома выпускаются с теплообменным аппаратом, выполненным из стали или чугуна, с верхней либо фронтальной загрузкой топлива.

Существуют котлы с естественной тягой и работающие с наддувов воздуха осевым вентилятором. Последний вариант обеспечивает регулировку мощности. По принципу движения теплоносителя через теплообменник они различаются, как котлы, работающие с естественной и принудительной циркуляцией.

Перед тем как заложить в котел уголь, его растапливают дровами. Когда раскаленная зола от прогоревших дров заполнит колосниковую решетку — засыпают уголь, который сгорает в топочной камере, образует дымовые газы.

Они омывают топочные поверхности нагрева в форме теплообменника и тем самым нагревают теплоноситель, поступающий в радиаторы отопления. После этого теплоноситель остывает и возвращается в котел, таким образом, цикл нагрева будет завершен и начнется следующий.

Разновидности

Автоматические угольные котлы группируются по 4-м основополагающим видам: традиционный, пиролизный, пеллетный и длительного горения. Определенные модели соединяют различные конструктивные варианты, например, в традиционном котлоагрегате устанавливаю пеллетную горелку.

Котлы длительного горения на угле

Котлы, работающие по принципу длительного горения, иначе называются «с верхним горением». Они отличаются продолжительным периодом работы на 1-ой закладке угля.

В подобных конструкциях отсутствуют зольник и колосниковая решетка, более того низ устройства полностью глухой, в связи с чем горение топлива в нижней части категорически недопустимо. Топочная камера обладает цилиндрической формой. Воздух подводится сверху, строго по центру.

Для того чтобы организовать такую схему воздухоподачи в топке устроен распределитель воздуха, который имеет возможность опускаться вниз вместе с топливом, в процессе сгорания.

Воздух непрерывно подходит точно к верхнему горючему слою, где частично окисляется углеводороды, то есть протекает процесс пиролиза. Продукты, которые с частицами золы, вылетают вверх топочного пространства. Они отделяются от зоны первичного горения толстым металлическим диском, закрепленным на воздуходувной динамической трубе.

В этой камере вторичного дожига к пиролизному газу поступает атмосферный воздух, летучие горючие вещества сгорают, выделяя тепло, которое поступает на теплообменный аппарат, греющий теплоноситель для системы отопления.

Пиролизные угольные котлы

Еще один очень популярный вариант угольного агрегата — пиролизный или газогенераторный. Пиролизный процесс издавна используется во многих промышленных сферах в фармацевтике и нефтяной отрасли.

В угольных котлах пиролиз предполагает медленное термическое разложение угля при дефиците кислорода. При этом из топлива выделяются пиролизные горючие газы, которые сквозь специальные проходы в загрузочной камере проникают во вторичную камеру, в которую вентилятором подается расчетный объем воздуха.

Летучие вещества газ загораются и полностью сгорают, обеспечивая эффективную работу устройства с максимально высоким КПД для угольных котлов — 92%.

Бункерные автоматические котлы

Современные автономные угольные котлы, функционирующие в автоматическом режиме, управляются с помощью контроллера и шнекового механизма топливоподачи. Котловая система оборудована принудительной подачей воздуха и дымоотведения.

Для поддержания поверхностей нагрева и дымовых каналов в чистоте установлено стационарное устройство для самоочистки. Угольные котельные, оборудованные такими агрегатами, не требуют большого числа обслуживающего персонала, из-за высокого уровня автоматизации процесса горения.

Принцип функционирования автоматических угольных котлов:

1. При запуске агрегата, запускается шнековая топливоподача.
2. Первая доля угля поджигается электроплазмой.
3. По мере сгорания, в топочную камеру подходит свежая порция топлива. Увеличение производительности агрегата регулируется скоростью шнекового транспортера.
4. Одновременно со шнековой топливоподачей, включается дозированная воздухоподача в топочную камеру.
5. Контроллер определяет скорость поступления воздуха, тем самым регулируя интенсивность процесса горения.
6. Автоматические колосниковые решетки, сбрасывают зольные остатки в зольный ящик.
7. Сажечистка производится специальными пружинами, установленными внутри каналов.

Как выбрать

При выборе определенного модели угольного котла для жилого дома следует учесть несколько факторов: тепловую мощность и размер отапливаемой площади, тип горения, тип теплообменного аппарата — чугунный или стальной, энергонезависимость, безопасность, КПД, вес агрегата и его цену.

Прямого длительного горения или пиролизный

Для того чтобы сравнить котлоагрегаты по типу горения: длительного горения или пиролизный, сравнивают основные параметры работы угольных котлов:

• КПД: Длительного горения — от 75 до 85%, пиролизный — от 85 до 92%.
• Возможность автономной работы: длительного горения — есть, пиролизный — есть.
• Энергонезависимость: длительного горения — есть, пиролизный — есть.
• Допустимая влажность топлива: длительного горения — от 30%, пиролизный — до 15%.
• Допустимая фракция: длительного горения — до 50 мм, пиролизный — от 25 мм.

Таким образом, сегодня, возможно, сделать основной вывод — наиболее эффективнее сжечь топливо, чем в автоматическом пиролизном твердотопливном котле на угле и дровах, просто не возможно.

Материал теплообменника

Вид материала, из которого изготовлен корпус угольного котлоагрегата – главный фактор, предопределяющий долговечность и ремонтопригодность нагревательной системы:

• Сталь — сравнительно легкий металл, который способен выдержать перепады по давлению и температуре. К его недостаткам относят подверженность коррозийным процессам и прогоранию в зоне максимальных температур.
• Чугун — самый долговечный материал, применяются во всех мощных агрегатах. Тем не менее, он плохо выдерживает удары и температурные перепады. Кроме того, в случае образования свищей в стенках, их заварить не получится, как в стальных изделиях.

Современные котлы, используя позитивные качества обоих металлов, выпускаются в стальном корпусе и с чугунной топочной камерой.

Одноконтурный или двухконтурный

Одноконтурный или двухконтурный выпускаются, или только для отопления, как в первом варианте, или, соответственно, для отопления и ГВС — во втором.

При этом двухконтурные котлы работают по принципу, переключения горячих дымовых газов на контур ГВС, при открытии вентиля на смесителе. Угольные агрегаты обладают довольно ярко выраженной низкой инерционностью, поэтому обеспечить регулирование греющей среды между контурами практически возможно только в пиролизных устройствах.

Поэтому для многих вариантов угольных котлов, остается предпочтительная схема горячего водоснабжения, организованная через дополнительно установленный бойлер косвенного нагрева. В этом случае существенно повышается эффективность работы системы теплоснабжения, за счет снижения температуры уходящего газа.

Минимально необходимая мощность и отапливаемая площадь

Для того чтобы определить приблизительную тепловую мощность, используют практическую формулу зависимости ее от отапливаемой площади помещения:

Мк = Пд х 0.1
где:

• Мк — расчетная мощность котла, кВт;
• Пд — площадь дома, м2.
• 0.1 — удельный показатель мощности на 1 м2 площади (Вт/м2).

Такой расчёт не учитывает еще много важных параметров дома, например, таких, как уровень теплоизоляции, площадь остекления, конструкция кровли и климатический район проживания.

Данные расчеты являются сложными и могут быть выполнены только специальными проектными организациями или с применением программных комплексов.

Поэтому в быту выполняют приблизительный расчет, который ведется по принципу «от малого к большому» — устанавливают мощность для каждой комнаты отдельно, а затем результат суммируют. Такой подход позволяет также определить количество приборов учета, необходимое для каждого помещения.

Еще одно отличие для угольных котлов в данной методике расчета, которое нужно будет учитывать при подборе оборудования. Мощность по формуле учитывает теплотворность стандартного угля, которая в реальности намного хуже, поэтому делают поправку в размере 20 % для точного определения расхода угля в твердотопливном котле.

Коэффициент полезного действия

КПД — представляет соотношение объема израсходованного топлива к объему тепловой энергии, выработанного угольным котлом. Это самый важный показатель эффективности работы оборудования и использовании топлива.

Он зависит от тепловой схемы и применения инновационных технологий в конструкции котла. В странах ЕС в связи с жесткими требованиями по защите окружающей среды, не допускается установка новых устройств с КПД ниже 90%. Высокотехнологичные конденсатные бытовые котлы сегодня работают с КПД 100-105 %.

Лучшие известные производители и модели с ценами

Российский рынок климатического оборудования насыщен угольными котлами, как отечественного, так и западного производства. Причем, российские модификации имеют лучшее соотношение «цена-качество».

Тем не менее, в настоящее время самыми функциональными с автоматическим режимом работы являются угольные агрегаты европейских компаний.

Например, популярными моделями угольных котлов, на 200 м2 площади, по мнению покупателей, в 2019 году стали следующие модели:

1. ZOTA «Master» 20, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 31.889 руб.
2. Protherm «Бобёр» 20 DLO, стоимость по состоянию на 01.01.2020г. — 38.440 руб.
3. Bosch «Solid» 2000 B SFU 12, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 51.430 руб.
4. Stropuva S15U, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 39.789 руб.
5. Buderus «Logano» S181-15 E, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 258.800 руб.
6. Теплодар «Куппер» ОК 20, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 28.340 руб.
7. Термокрафт «Uragan» Prof 22, стоимость по состоянию на 01.01.2020 г. — 34.650 руб.

Порядок монтажа

Котел относится к объектам повышенной опасности, он должен устанавливаться по проекту специализированной организаций имеющий лицензии на соответствующие виды работ.

Алгоритм проведения работ при монтаже угольного котла:

1. Выполняются подготовительные мероприятия: Выбор помещения под топочную и бетонирование основание под размещение агрегата и вспомогательного оборудования.
2. Выполняют обвязку котла с внутридомовой схемой отопления.
3. Выполняют обвязку котла с системой дымовентиляции.
4. Устанавливают вспомогательное оборудование: дутьевой вентилятор, центробежный насос, воздушники, предохранительный клапан, датчики температуры, фильтр очистки воды и расширительная емкость.
5. Выполняют пробный пуск и опрессовку системы давлением воды 1.5 рабочего, для проверки плотности соединения трубных и конструктивных элементов.

Эксплуатация: как правильно топить котел углем

Розжиг угольных котлов выполняется с небольшим количеством древесной щепы и бумаги, после чего дверь топки закрывается. Открывают поддувало настолько, чтобы тяга обеспечивала процесс горения. Если агрегат имеет регулятор подачи воздуха, его устанавливают на температуру 70 С.

После 20 минутного горения дров прогревается топка котла и газоходы настолько, что можно забрасывать уголь. Шиберная задвижка открывается полностью. В процессе подкладки закрывают поддувало. Только после этого открывают топочную дверцу и закладывают слой угля до 6 см, а после того как он прогорел, следующий угольный слой нужен будет 20 см.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать следующий вывод, что твердотопливные котлоагрегаты, работающие на угольном топливе, по-прежнему востребованы, как в сфере индивидуального отопления жилых зданий, так и на производстве, где в достаточном объеме еще функционируют промышленные угольные котлы.

Современные достижения в области котлостроения позволяют использовать чугунные поверхности нагрева в самых передовых инновационных котлах.