Котел для щепы своими руками

Как работает котел на щепе длительного горения, и можно ли сделать его своими руками?

Древесная щепа – это продукт переработки непригодной для делового использования древесины, то есть:

• веток;
• кривых стволов;
• различных крупных отходов.

Щепа обладает той же удельной теплотворной способностью, что и исходная древесина, однако ее режим горения сильно отличается от режима горения других видов твердого топлива.

Благодаря своим форме и размерам щепа, попадая в традиционную топку отопительного прибора, рассчитанного на сжигание дров или угля, быстро сгорает, выделяя определенное количество тепла, после чего так же быстро тухнет и остывает.

Поэтому угольные и дровяные отопительные приборы не могут эффективно работать на щепе без серьезной переделки.Более подробную информацию о топливной щепе вы найдете в этой статье (Топливная щепа).

Несмотря на то, что традиционные твердотопливные котлы плохо подходят для работы на щепе, в магазинах можно приобрести отопительные приборы, предназначенные для этого вида топлива. Часть из них также может работать на любых других видах твердого топлива, лишь бы оно подходило по фракции.

Более подробную информацию о типах отопительных приборов и отличиях между ними вы найдете тут.

Как сжигать древесные отходы максимально эффективно?

Максимальный эффект от сгорания этого вида топлива можно достигнуть при соблюдении следующих условий:

• приток воздуха в достаточном количестве;
• постоянное поступление новой щепы;
• высокая температура внутренних стенок котла.

Из-за таких особенностей топка для сжигания щепы сильно отличается от топки, предназначенной для отопления дровами, углем или опилками.

Топка под дрова или уголь заметно больше, ведь необходимо весь объем горючего загрузить сразу. Топка под щепки отличается тем, что максимально эффективное сгорание происходит лишь при подаче воздуха сверху, ведь даже неплотный слой сильно ограничивает его движение.

Если топка слишком большая, то стенки не прогреваются до нужной температуры и не могут увеличивать эффективность горения.

При сжигании щепы в топке котла, изначально предназначенного для работы на дровах или угле при наполнении, обеспечивающем максимально эффективное сгорание, увеличивается отдаваемая тепловым прибором мощность. Из-за этого возможен перегрев котла, если количество получаемой тепловой энергии превышает возможности батарей отопления и в котле не установлен датчик температуры.

При срабатывании автоматики прекращается подача топлива, а в некоторых случаях еще и воздуха, из-за чего щепа сгорает менее эффективно и падает КПД отопительного прибора, что приводит к снижению количества выделяемой тепловой энергии. Однако такое же изменение КПД происходит и при регулировке мощности котлов, работающих на других видах твердого топлива.

Виды бытовых и промышленных котлов, способных работать на щепе

Есть несколько видов котлов, способных работать на щепе и древесных отходах.

Для работы на этом виде топлива чаще всего используют следующие виды котлов и печей:

• автоматические;
• верхнего горения;
• пиролизные (шахтные).

Автоматические

В автоматических отопительных приборах топливо поступает в камеру сгорания (топку) по шнековому транспортеру, работой которого управляет контроллер, отслеживающий температуру в камере сгорания и другие важные параметры.

Благодаря постоянному поступлению топлива количество щепы поддерживается на уровне, необходимом для максимально эффективного сгорания, однако большинство отопительных приборов этого типа поддерживают и экономичные режимы работы. В таких режимах топлива поступает меньше, в результате чего снижается и количество тепловой энергии, выделяемой котлом или печью.

Верхнего горения

Отопительные приборы верхнего горения больше подходят для работы на опилках, однако их можно топить и щепой.

Их КПД несколько ниже, чем у котлов и печей с традиционной топкой и автоматической подачей топлива.

Это вызвано тем, что горение происходит на небольшом участке топлива толщиной 1–3 см, а также расстоянием от места горения до верха отопительного прибора – чем выше, тем меньше КПД.

Причиной такого явления становится зависимость между этим расстоянием и площадью водяной или воздушной рубашки, передающей тепло в систему отопления.

Пиролизные

В пиролизных отопительных приборах щепа не горит, а тлеет при высокой (несколько сотен градусов) температуре, из-за чего древесина распадается на пиролизные газы и небольшое количество золы. Более подробно эти процессы описаны тут.

Затем пиролизный газ поступает в камеру дожига, где и сгорает, смешиваясь с поступающим воздухом. Боковая стенка камеры дожига одновременно является и боковой стенкой пиролизной камеры.

Количество генерируемой тепловой энергии регулируют меняя количество воздуха, который поступает в камеру дожига. При длительном снижении количества воздуха падает температура в пиролизной камере, из-за чего замедляется или прекращается процесс пиролиза.

Способы подачи топлива

В котлах и печах, работающих на щепе, используют ручную и автоматическую подачу топлива.

Ручная

Подходит для пиролизных котлов и отопительных приборов, в которых реализован принцип верхнего горения.

В пиролизных (шахтных) котлах и печах щепу засыпают в глубокую шахту, нижняя часть которой выполняет и функцию пиролизной камеры. Сгоревшие остатки топлива (зола) падают в зольник, расположенный под пиролизной камерой, а остальная щепа опускается под своим весом и заполняет освободившееся пространство.

В отопительных приборах верхнего горения щепу засыпают сверху, откинув верхнюю крышку с регулируемым горение блином. Причем чем плотней утрамбовано топливо, тем дольше проработает такой котел или печь, а также тем более выделит тепловой энергии.

По мере сгорания верхнего слоя топлива регулирующий горение блин, лежащий своими ребрами на щепе, опускается все ниже, пока не достигнет дна, после чего процесс горения полностью прекратится.

Автоматическая

Чаще всего для автоматической подачи топлива используют шнековое устройство, которое состоит из:

• шнека, похожего на применяемый в старых мясорубках;
• желоба, соединяющего топливный бункер и отопительный прибор;
• топливного бункера с системой ворошения/встряски топлива.

Шнек через редуктор с большим коэффициентом передачи подключен к электромотору, благодаря чему его скорость вращения составляет 10–60 об/мин.

Чем больше диаметр шнека и его шаг, тем более крупную щепу он может подавать в отопительный прибор. При этом минимальный размер топлива никак не зависит от размеров шнека.

Бункеры оснащают различными механизмами, которые ворошат и встряхивают щепу, препятствуя ее слеживанию. Ведь если топливо слежится, то перестанет поступать в шнековый механизм и отопительный прибор прекратит вырабатывать тепловую энергию.

Эти способы подачи топлива используют как в бытовых, так и в промышленных котлах. Ведь единственная разница между этими отопительными приборами в объеме камеры сгорания и количестве производимой тепловой энергии.

Исключение составляют котлы верхнего горения, ведь в них невозможно получить достаточное для промышленного применения количество тепловой энергии.

Все эти способы подачи топлива не подходят для кирпичных печей из-за особенностей их конструкции. Максимально эффективно печи обогревают дом, когда топливо сгорает за 1–3 часа, нагревая тело печи и грубу (отопительный щиток).

На чем еще могут работать такие отопительные приборы?

Автоматические котлы, предназначенные для работы на щепе, могут также работать на:

При работе на опилках и лузге КПД и максимальная мощность котла снижаются из-за особенностей горения этих видов твердого топлива. При работе на стружке КПД и максимальная мощность зависят от размеров стружки и породы древесины.

При работе на угле или пеллетах котел выдает более высокую мощность, чем на щепе.

Ведь уголь обладает больше теплотворной способностью, а у пеллет гораздо выше удельная плотность, благодаря чему при том же объеме масса древесины оказывается несколько больше.

Как устроена котельная?

Вне зависимости от вида теплоносителя — воздух или вода -, котельная для работы на щепе устроена одинаково.

Ее основа – водогрейный или воздухогрейный котел с подключенным к нему шнековым транспортером и небольшим бункером, в который помещается запас топлива на 10–40 часов работы.

Неподалеку от котельной устраивают хранилище топлива с достаточным на всю зиму запасом щепы, причем между хранилищем и бункером должны быть 1–2 стены из негорючего материала.

В бюджетном варианте котельной бункер загружают вручную, таская и засыпая в него щепу ведрами или мешками.

В более дорогом — бункер и хранилище соединяют пневматическим или ленточным транспортером, который по мере необходимости наполняет бункер топливом.

В котельной обязательно устанавливают датчики дыма и возгорания, а также другие элементы противопожарной системы.

При обнаружении дыма система блокирует подачу воздуха в котел и отключает двигатель шнекового привода. Если же помимо дыма датчики обнаружили увеличение температуры, то противопожарная система сначала отключает подачу электроэнергии в котельную, затем подает воду, разбрызгивая ее с помощью специальных насадок.

Как можно сделать агрегат своими руками?

В первую очередь необходимо определить, какой именно отопительный прибор нужен и что он будет обогревать. Ведь за исключением котлов верхнего горения, которые отличаются невысоким КПД и очень требовательны к влажности топлива, остальные отопительные приборы сжигают щепу одинаково.

Поэтому на их базе можно реализовать как воздушный или водяной котел, так и теплообменный щиток, присущий кирпичным печам. Поэтому мы приведем пример изготовления такого отопительного прибора на советского твердотопливного водяного котла.

Переделку необходимо начинать с поиска шнекового транспортера, который можно снять с какой-нибудь техники или изготовить самостоятельно.

При этом необходимо, чтобы наружный диаметр шнека был меньше внутреннего диаметра трубы на 5 мм, это защитит механизм от заклинивания во время долгой работы.

Кроме того, потребуются электромотор и редуктор, которые обеспечат вращение шнека со скоростью 10 об/мин.

В наружной части котла прорезают отверстие, диаметр которого в 2–3 раза больше диаметра трубы шнекового механизма, причем центр отверстия должен быть выше колосниковой решетки на 20–40 см (чем выше, тем меньше будет нагреваться вал). При этом верх отверстия должен быть хотя бы на 5 см ниже нижней части дымохода.

Затем прорезают отверстие во внутренней стенке котла и вваривают в него трубу шнекового механизма так, чтобы со стороны топки труба была заподлицо со стенкой. После этого восстанавливают наружную стенку и проверяют герметичность котла.

Если все нормально, то к шнековому механизму присоединяют бункер и устанавливают любой механизм ворошения содержимого. Бункер подпирают ножками, чтобы не возникало перекоса шнека.

В котел врезают датчики температуры воды и отходящего дыма, затем на базе любого микроконтроллера собирают управляющий блок. С этой работой справится даже начинающий радиолюбитель, поверхностно знакомый с микроконтроллерами.

Когда отопительный прибор полностью собран, его заполняют водой и запускают в ручном режиме, чтобы составить таблицу температуры воды и дыма на различных режимах работы, включая небольшой перегрев. На базе этой таблицы радиолюбитель составит программное обеспечение для микроконтроллера.

Мощность такого котла при работе на щепе окажется на 15–40% ниже, чем при использовании дров или угля. Это связано с особенностями сгорания щепы, поэтому для переделки желательно использовать котел увеличенной мощности.

Вывод

Благодаря невысокой стоимости и возможности применения в автоматических отопительных приборах, топливная щепа является одним из наиболее эффективных и выгодных видов твердого топлива. Теперь вы знаете:

• в каких условиях щепа сгорает максимально эффективно;
• как работает автоматическая подача топлива;
• какие отопительные приборы подходят для работы на щепе;
• как можно переделать обычный котел, чтобы он смог работать на щепе.

Источник

Особенности котлов на опилках

В последнее время в качестве источника тепла в системе водяного отопления довольно часто используют котлы, работающие на опиле или щепе. И это вполне оправдано, учитывая немалое количество его достоинств по сравнению с другими видами подобного оборудования, включая экологичность и определенную экономию при использовании такого не слишком традиционного топлива.

Тем более что цены на привычные энергоносители становятся все выше, а котел на опилках и его характеристики таковы, что с его помощью легко поддерживать тепло и в жилом доме, и в теплице, и даже в производственных помещениях значительной площади.

Плюсы и минусы методики

Главными достоинствами использования в качестве источника энергии для системы отопления сгорающих опилок и щепы являются:

• Высокая эффективность нагрева теплоносителя (как правило, воды, хотя в водяной системе может использоваться и антифриз), при помощи которого в доме поддерживается тепло, а иногда еще и обеспечивается горячее водоснабжение.
• Незначительная стоимость сырья. Особенно выгодной система, основанная на применении котла на опиле, будет в том случае, если недалеко от отапливаемого помещения есть одно или несколько деревообрабатывающих предприятий (например, мебельные фабрики или лесопилки).
• Экологическая чистота опилок как топлива. Их сгорание практически не выделяет в атмосферу токсичные вещества в отличие от ряда жидких и газообразных энергоносителей.
• Простота эксплуатации и обслуживания. Пользоваться оборудованием, работающим на опилках и щепе, способен практически каждый. А для его установки не требуется разрешения контролирующих органов, как при подключении газового прибора.

Недостатки у такой системы, естественно, тоже есть. Среди них стоит отметить сложность хранения материала, обладающего высокой горючестью.

Частично эта проблема устраняется путем прессования топлива, однако, хранить опилки все равно требуется в достаточно просторном помещении.

Также минусом можно назвать необходимость в периодической чистке дымоходов, которая обусловлена большим количеством образующейся в процессе работы сажи и золы.

В целом положительный эффект, который дает метод нагрева помещений при помощи длительного горения опилок, оказывается намного больше по сравнению с некоторыми его недостатками. А, значит, такие системы имеют право на существование. И, более того, со временем могут вытеснить традиционные варианты отопления.

Устройство и методы изготовления

Принцип, по которому работают котлы на опилках, простой. Сжигание сырья осуществляется при помощи контролируемого длительного горения, трехступенчатой подачи атмосферного воздуха и вторичного дожига продуктов сгорания. При этом топливо проходит несколько стадий:

• загрузку в бункер, где находится шнек, который чаще всего расположен вне помещения;
• поступление при помощи червячной передачи в хранилище для опилок;
• отправка в следующий резервуар, соединенный с топочной камерой;
• попадание в топку котла, в котором и происходит поджигание и сгорание сырья, в результате чего нагревается теплообменник, а нагретый воздух выводится либо в камеру газогенерации (где осуществляется вторичный дожиг горючих газов), либо сразу в дымоотводную систему.

Конструкция котлов

Как правило, такое оборудование состоит из следующих элементов:

• устройства для подачи сырья;
• колосников, располагающихся в колосниковой части оборудования;
• емкости для сбора отходов;
• распределителя нагретого в топке воздуха;
• топки, где происходит сгорание топлива. Она имеет ряд отверстий, расположенных в особом порядке, позволяющем контролировать подачу воздуха и, соответственно, обеспечивать равномерность длительного горения;
• теплообменного блока, куда выходят газы, нагревающие теплоноситель и следующие затем в дымоотводящую трубу.

Защитные системы и режимы работы

Кроме основных частей прибор, работающий на опиле и щепе, снабжается системами защиты от возгорания, за счет наличия которых может считаться достаточно безопасным для отопления жилых помещений.

Также у оборудования могут иметься датчики для обнаружения дыма, своевременно предупреждающие о пожаре. А еще автоматический котел на опилках способен работать в нескольких режимах:

Максимальный

Применяется при наличии в топке значительного количества топлива. Когда воздух и вода нагреваются, оборудование постепенно снижает интенсивность сгорания, обеспечивая эффективное использование сырья.

Средний

Допускается при необходимости более продолжительного времени отопления. В этом случае топливо расходуется в гораздо меньшем объеме до тех пор, пока температура в помещении не снижается до минимально допустимой величины. При этом режим снова переключается на более интенсивный.

Оборудование, способное так работать, называют приборами длительного горения на опиле и щепе.

«Пауза»

Используется тогда, когда котел уже не нужен для отопления. Горение топлива прекращается, а устройство остывает.

Самостоятельное изготовление и монтаж

Вместо того чтобы покупать такое нужное и эффективное для отопления устройство, его можно изготовить своими руками. Для создания котла на опиле понадобятся следующие инструменты и материалы:

• несколько труб: с прямоугольным профилем 60-40 мм и круглых, диаметром 4 и 5 см;
• аппарат для сварки и электроды к нему;
• угловая шлифовальная машина («болгарка»).

Участки труб следует подбирать таким образом, чтобы они поместились внутри котла размерами 36х40х80 см. При этом конструкции прямоугольного сечения будут использоваться в качестве вертикальных стоек, в которых вырезаются круглые отверстия для остальных деталей. Стоит учитывать, что с той стороны, где будет располагаться дверца, диаметры трубопроводов будут равны 50 мм. В задней же части котла размеры первых 4 вырезанных прямоугольников должны быть равны 5х6 см, а следующих четырех – 4х4 см.

Подведение труб для холодной и нагретой воды обеспечивается вырезанием круглых отверстий диаметром по 5 см.

Сварка передней и задней частей устройства производится следующим образом:

• привариваются прямоугольные стойки;
• к ним присоединяются круглые трубы таким образом, чтобы они располагались перпендикулярно полу помещения;
• к котлу подключаются трубопроводы подвода и отвода теплоносителя;
• торцы всех открытых труб завариваются при помощи кусков металла.

Теперь можно проверять котел на опилках на герметичность – залить в трубы жидкость и проверить утечку.

После этого оборудование монтируется в кирпичный топливник. Его тоже можно сделать своими руками, используя в качестве материала огнеупорные кирпичи.

Особенности котлов

Имеющиеся на отечественном рынке котлы на опилках (большая часть которых работает и на щепе) имеют мощность от 10 до 500 кВт. С учетом использования 1 кВт для снабжения теплом примерно 10 кв. м это означает возможность нагрева при помощи такого оборудования помещений площадью до 5000 «квадратов». А для их работы потребуется от 2 до 100 кг сырья в час. Самодельные устройства могут иметь практически любую мощность, однако, обычно их изготавливают из расчета обеспечения теплом 100–500 кв. м.

Преимуществами таких котлов длительного горения по сравнению с обычными системами являются:

• возможность работы на щепе, опиле и прессованной стружке (пеллетах);
• максимальная эффективность;
• высокая скорость нагрева воздуха;
• использование не только для отопления, но и для получения горячей воды, сушки вещей и даже для приготовления и подогрева пищи.

Котлы длительного горения, работающие на щепе и опилках, устанавливаются только на полу. Их настенный монтаж невозможен из-за слишком большого веса оборудования. Обслуживаются эти устройства достаточно просто – уборка золы производится не чаще 1–2 раз в месяц для котла, применяемого в жилых помещениях, и раз в неделю для промышленного оборудования.

Источник