КПД твердотопливного котла [%] — коэффициент полезного действия — определяется как отношение количества тепла переданного воде к количеству тепла полученному при сгорании топлива. КПД котла является показателем его эффективности и свидетельствует о степени совершенства конструкции.
КПД стального твердотопливного котла составляет 75-80%, а у чугунного из-за меньшей площади теплообменной поверхности в диапазоне 67-75%.
В паспорте указывают КПД котла полученное при работе в оптимальных условиях: топка теплопередающие поверхности чистые, для подаётся оптимальное количество воздуха, а температурный режим водяного контура составляет не менее 65°C на входе и 90°C на выходе.
Факторы понижающие КПД твердотопливного котла:
1 Чрезмерная или недостаточная подача воздуха в топку котла. Считается что оптимальным коэффициентом избытка воздуха в топке является 1,3, то есть в топку должно подаваться воздуха на 30% больше от необходимого для сгорания топлива. Превышение этого коэффициента приведёт к чрезмерной подачи воздуха и потере полезной энергии на его нагрев, а снижение коэффициента приведёт к неполному сгоранию топлива в топке. При оптимальной подаче воздуха пламя должно иметь соломенный цвет.
2 Накипь на теплообменных поверхностях со стороны нагреваемой воды и сажа на них со стороны топки. Поэтому так важна подготовка подпиточной воды и периодическая чистка теплообменных поверхностей котла.
3 Неполнота сгорания топлива, из-за неравномерности прогорания, проваливания через колосниковую решётку или горения с недостатком кислорода и как следствие избыточного образования сажи.
4 Высокие тепловые потери с корпуса котла в окружающую среду. На этот фактор влияет только качество и толщина изоляционного материала укладываемого между теплообменными поверхностями.
Номинальная тепловая мощность твердотопливного котла [кВт] — количество тепла вырабатываемое котлом за один час, при сжигании основного вида топлива, для котлов на твёрдом топливе — сортовой уголь марки "антрацит".
Значения мощности указываемые в технических характеристиках получают при сжигании антрацита за время прогорания одной загрузки на максимальной мощности. Так например, если время прогорания одной загрузки составляет 4 часа, то в первый час и последний час работы котёл может выдавать по 80% своей мощности, а два часа работать с мощностью в 120%, при этом в технических характеристиках укажут номинальную мощность равную 100%.
Очень сильно мощность котла зависит от вида сжигаемого топлива, поэтому если предполагается в процессе работы котла использовать виды топлива отличные от основного, то следует при расчёте необходимой мощности котла применять поправочные коэффициенты, относительно сортового антрацита:
- 0.95 — каменный уголь
- 0.85 – бурый уголь
- 0.80 – торфяные брикеты
- 0.80 – сухие дрова (два года сушки, влажность 15-20%)
- 0.30 – сырые дрова (влажность 70-80%)
Минимальная температура воды на входе в котёл [°C] — минимальная температура воды при которой на теплообменных поверхностях не конденсируются пары из дымовых газов.
Пары продуктов сгорания опасны для твердотопливного котла, так как являются коррозионно-активной средой. В процессе работы не следует допускать работы на режимах с температурой воды на входе ниже 65°C, кроме кратковременной фазы розжига.
Так как, теплообменные поверхности чугунных котлов более устойчивы к коррозии для них допускается температура воды на входе в 55°C, для стальных же котлов не следует снижать температуру на входе ниже 65°C.
Подробнее о защите твердотопливных котлов от низкой температуры обрата см. схему подключения котла на твёрдом топливе.
Номинальное давление воды в котле [МПа] — наибольшее избыточное давление воды, при котором обеспечивается длительная и безопасная эксплуатация твердотопливного котла.
При подключении котла к системе отопления с закрытым расширительным баком, давление в системе поднимается вовремя разогрева. При выходе системы в максимальный температурный режим давление в котле не должно превышать номинального значения.
Рабочее давление воды в котловом контуре должно составлять не менее 1бара, и не более давления указанного в паспорте котла.
Испытательное давление котла, как правило составляет не менее чем 1,25 номинального.
Разрежение в дымоходе в месте подключения котла [Па] — тяга в дымовой трубе и соответственно подсос воздуха в топку необходимого для горения, возможны лишь при давлении в месте подключения дымовой трубы к котлу ниже атмосферного давления у горловины дымовой трубы.
Разрежение в дымовой трубе получается за счёт разности плотностей горячих уходящих газов проходящих внутри дымовой трубы и более холодного уличного воздуха.
Минимальная величина разрежения в дымоходе показывает на сколько давление в дымоходе в месте подключения котла должно быть ниже атмосферного. Избыточное разрежение дросселируется заслонкой установленной в горловине дымоотводящего патрубка котла.
Температура уходящих газов [°C] в твердотопливном котле зависит от режима работы и вида топлива, при нормальной тяге температура колеблется в диапазоне от 150°C на минимальной мощности, до 280°C на номинальных нагрузках. При нарушениях тяги температура уходящих газов может изменяться в диапазоне от 70 до 600°C.
Время горения разовой загрузки топлива [час] — для твердотопливных котлов в режиме работы на номинальной мощности, составляет не более 4 часов при сжигании угля или кокса и не более 2 часов при сжигании дров.
При работе на более низких мощностях время прогорания может быть увеличено не более чем в 2-3 раза, при этом существенно снижается КПД котла, а режим работы на низких мощностях не способствует длительной эксплуатации котла.
Помните! Оптимальный режим работы для твердотопливного котла — это работа на номинальной мощности.
Отопительный котёл длительного горения на твердом топливе представляет собой довольно удачный вариант для организации обогрева помещений, а также горячего водоснабжения. Материалом для изготовления таких котлов является сталь или чугун. Выделение тепловой энергии происходит в процессе сгорания твёрдого топлива: дров, угля, торфа, а также брикетов и специальных гранул (пеллет). Подобный тип оборудования считается отличной альтернативой газовым установкам и часто используется в тех местах, где их монтаж нерентабелен. К преимуществам можно отнести невысокую стоимость применяемого топлива, а также долговечность, надёжность и экономичность.
Работа твердотопливного пиролизного котла предполагает некоторые особенности, которые должны учитываться в ходе функционирования. В качестве теплоносителя используется обычная вода и её температура должна поддерживаться на определённом уровне. Падение температуры обратки твердотопливного котла отопления ниже 60 градусов по Цельсию приводит к негативным результатам, в частности т к обильному образованию конденсата. Следует подробнее рассмотреть указанный фактор, поскольку он играет важную роль в процессе обеспечения работы устройства. Так откуда берётся вода внутри котла? Даже если древесина полностью сухая, то примерно 5-7 процентов от её массы составляет водород. Этот элемент содержится в подавляющем большинстве топлива, используемого для подобных устройств. В процессе сгорания образуется вода, которая быстро переходит в парообразное состояние и конденсируется на холодных поверхностях котла. Если топливо находилось не в герметичной упаковке, то оно впитывает некоторый процент влаги из воздуха.
Конденсат в твердотопливном котле
Образование конденсата представляет собой серьёзную опасность для металлических поверхностей. Вкупе с высокой температурой весьма быстро протекают процессы окисления. Коррозия постепенно разрушает материал, а также уменьшает эффективность всей установки. Особенно высокая чувствительность к образованию конденсата демонстрируется у котлов изготовленных из сталей с высоким КПД и низкой температурой уходящих дымовых газов. Образование конденсата в твердотопливном котел лучше не допускать
Как показывает практика, подобный фактор представляет проблему, если температура находится на уровне ниже 60 градусов. Это «точка росы» для твердотопливных котлов длительного горения. В случае превышения установленного параметра, образования конденсата в процессе работы происходить не будет. Наиболее эффективные методы борьбы с конденсатом – нагрев теплоносителя свыше 60 градусов, безсернистое топливо, а также утеплённая труба для дымовых газов.
Процесс горения твердого топлива это сложный и высоко инерционный процесс, а поэтому очень трудно поддается регулировке. Однако, пусть грубо, но данный процесс можно контролировать, путем дозирования количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания.
Регулировка температуры твердотопливного котла осуществляется путем изменения подачи воздуха в камеру сгорания котла. Существует два способа такой регулировки:
- с помощью заслонки и термостатического регулятора тяги;
- с использованием вентилятора и автоматики (контроллера) плавно меняет его обороты.
Оба способа имеют право на жизнь, однако первый случай более дешевый, а второй дает возможность достичь высокой точности регулирования.
Регулирование с помощью заслонки подачи воздуха – это вариант пассивного регулирования мощности. В этом случае воздух в камеру сгорания попадает за счет тяги (разрежения), которую создает дымоход.
Данный способ предполагает наличие в котле заслонки подачи воздуха. Данная заслонка может быть расположена на нижней дверце котла или в задней его части. Кроме заслонки, в котле должно быть место с внутренней резьбой, куда вкручивается термостатический регулятор тяги.
Регулятор тяги с помощью цепочки соединяется с заслонкой подачи воздуха. Работает данная система следующим образом – когда температура воды в котле приближается к заданной на регуляторе тяги температуре, стержень чувствительного элемента регулятора удлиняется на величину, достаточную для прикрытия заслонки в пределах ее рабочего диапазона.
Однако эффективность данного способа управления заслонкой не может быть высокой, а регулятор не обеспечивает высокую точность регулирования. Так как процесс зависит от многих физических факторов, к примеру не каждый механический регулятор тяги может полноценно “поднимать” тяжелую чугунную заслонку и т. п., поэтому достичь точности и скорости регулирования такой системой практически невозможно. Основными преимуществами данного способа является низкая себестоимость системы и ее энергонезависимость (не требуется подключения электричества).
Практические рекомендации по настройке температуры твердотопливного котла при помощи термомеханического регулятора тяги
Для начала необходимо полностью открыть заслонку подачи воздуха (поддувало), растопить котел и дождаться, чтобы на термометре котла температура достигла 60 °С. После этого необходимо выставить щель заслонки подачи воздуха около 1-2мм при помощи регулировочного винта.
Далее выставляем на регуляторе тяги температуру 60 °С – либо по белой шкале, либо по красной – в зависимости от монтажного положения регулятора и натягиваем цепочку до момента, когда она перестанет провисать (с минимальной натяжкой). Теперь следует поэкспериментировать с температурой на ручке регулятора и температурой, которую поддерживает котел. По результатам тестов корректируем длину цепочки.
Как видим данный способ регулировка подачи воздуха имеет возможность более точно обеспечить заданную температуру теплоносителя в твердотопливном котле. Однако, при достаточной герметизации дверцы подачи воздуха и поддувала, данная система автоматики может привести к затуханию котла в режиме отсутствия электропитания, потому что на вентиляторе смонтирован гравитационный клапан подачи воздуха, когда вентилятор не работает, клапан не позволяет подать воздух в камеру сгорания.