Как сделать котел длительного горения на дровах и угле своими руками

В нынешние времена мало кто из домовладельцев готов приобретать отопительную технику, не разобравшись досконально, за что он платит свои кровные. Это касается и твердотопливных котлов, чей ассортимент достаточно широк. Но одному человеку достаточно знать технические характеристики оборудования, а другому важно понять принцип работы того или иного теплогенератора. Представляем вашему вниманию существующие на данный момент схемы твердотопливных котлов с описанием их работы. Они могут различаться в деталях у разных изделий, но на общий принцип это не повлияет.

Классические твердотопливные котлы

Это самый распространенный вид отопительных установок, сжигающих твердое топливо, их еще называют котлами прямого горения. В силу простоты конструкции данные агрегаты – самые дешевые из всех и потому приобретаются домовладельцами чаще всего.

Также популярны они и среди мастеров – самодельщиков, оттого и чертежи по изготовлению традиционных теплогенераторов отыскать несложно. Агрегаты можно условно разделить на 2 типа:

• энергонезависимые, работающие на естественной тяге дымохода;
• наддувные, с принудительным нагнетанием воздуха.

Первые функционируют по принципу обычной печи, только «одетой» в водяную рубашку. Объемная топливная камера располагается над зольником, отделяемая от него колосниками. Воздух из помещения поступает в топку через заслонку в дверце зольника и колосниковую решетку. Его количество регулирует термостат с цепным приводом, ориентирующийся на температуру воды в рубашке котла и управляющий воздушной заслонкой механически. Для лучшего восприятия процесса ниже показана схема твердотопливного котла:

Дымовые газы, выделяющиеся в топке, проходят через жаровые трубы теплообменника, омываемые снаружи водой. В зависимости от конструкции отопителя, продукты горения могут совершить 2 или 3 хода по газоходам, интенсивно обмениваясь теплом с водяной рубашкой. Отдав свою теплоту, газы покидают агрегат посредством дымохода.

Примечание. В приведенной схеме теплогенератора жаровые трубы расположены горизонтально. Есть модели и с вертикальными газоходами, но решающего значения это не имеет.

Энергонезависимые твердотопливные агрегаты не могут похвастать высоким КПД, максимум – 70%. Длительность горения зависит от объема топливника и режима работы, хотя настоятельно рекомендуется использовать их совместно с теплоаккумулятором. Второй тип котлов – более продуктивный, их КПД достигает 75% за счет принудительной подачи воздуха вентилятором. Устройство такой установки хорошо отражает схема работы твердотопливного котла, представленная ниже:

Характеристики газовых отопителей

Основным топливом агрегатов служит природная смесь газов на основе метана, получаемая из магистральных трубопроводов. Когда требуется организовать автономное газовое отопление, возможен переход на пропан-бутановую сжиженную смесь, подаваемую из газгольдера или рампы с баллонами.

По способу установки агрегаты бывают настенные и напольные, причем последние обычно не нуждаются в электричестве. Навесные теплогенераторы представляют собой мини-котельные, укомплектованные расширительным баком, циркуляционным насосом и блоком электронного управления.

По способу сжигания топлива и эффективности газовые отопители делятся на 3 категории:

1. Атмосферные, открытая камера сгорания, КПД — до 90%. Воздух подается к горелке естественным путем из котельной, отдавшие тепло газы выбрасываются в традиционный дымоход.
2. Турбированные (наддувные), камера сжигания полностью закрыта, КПД — 93%. Воздух нагнетается вентилятором, дым уходит на улицу через двустенную коаксиальную трубу.
3. Конденсационные агрегаты используют скрытую теплоту горения углеводородов, поэтому КПД достигает 96—97%. Конструкция похожа на турбированный котел, но закрытая камера и горелка отличается цилиндрической формой.

Турбированная модель подвесного котла, оснащенного пластинчатым теплообменником для нагрева воды
Все указанные отопители могут снабжаться водяным контуром ГВС. Для этой цели применяется 2 типа теплообменников – отдельный пластинчатый из нержавеющей стали и медный кожухотрубный (вмонтирован внутрь основного нагревателя).

Цена котлов растет в порядке перечисления – атмосферные аппараты считаются недорогими, затем идут отопители с турбиной, Стоимость конденсационной техники примерно вдвое выше обычных теплогенераторов (одного производителя).

Низкотемпературные конденсационные аппараты хорошо подходят для нагрева теплых полов

Плюсы газовых котлов:

аппараты довольно экономичны и надежны в работе; высокая степень автоматизации – домовладельцу не нужно уделять аппарату внимание; простота эксплуатации, обслуживание – 1 раз в году; в котельной чисто, уровень шума – низкий; для наддувной модели не придется строить классический дымоход – труба выводится горизонтально сквозь стену.

По недостаткам: сами газовые теплогенераторы безупречны, проблема в другом – подведение магистрали к частному дому и получение необходимых разрешений. Первая услуга стоит немалых денег, вторая отнимает массу времени. Промежуточный вариант – устройство автономной подачи сжиженного газа от баллонов либо подземной емкости.

Котлы длительного горения

Данные агрегаты по эффективности не лучше традиционных, их показатели примерно такие же: у атмосферных котлов – до 70%, у наддувных – до 75%. А вот продолжительность горения с одной закладки дров или угля у них и вправду увеличена. Это достигается благодаря следующим техническим решениям:

• увеличенные размеры топливной камеры, куда вмещается вдвое больше дров, нежели в обычный котел;
• способ сжигания нетрадиционный – сверху вниз.

Такие теплогенераторы имеют цилиндрическую форму, поскольку реализовать идею в прямоугольном корпусе вряд ли возможно. Топка наполняется дровами доверху, разжигается сверху, а затем на них с помощью телескопической трубы опускается груз с отверстием для прохода воздуха. По мере прогорания груз опускается, из-за чего воздух все время подается непосредственно в зону пламени. На иллюстрации ниже изображена схема твердотопливного котла длительного горения:

Воздух проходит по телескопической трубе тоже сверху вниз, побуждаемый естественной тягой дымохода либо нагнетаемый вентилятором. Конструкцией не предусмотрен теплообменник, процесс нагрева теплоносителя происходит напрямую, хотя дымовые газы тоже успевают отдать часть своего тепла. Благодаря описанному способу сжигания котел и система отопления могут работать с одной загрузки древесины до 12 часов, а угля – до 2 суток.

Особенности загрузки топлива и эксплуатации

Сборка системы отопления
От простого котла, где полноценное воздухоснабжение необходимо по всему объему сжигания топлива, конструкция длительного горения, как отмечалось ранее, отличается ограниченностью этой подачи. Более того, объем загрузки непосредственно влияет на время горения, поэтому в нашем случае топочная загружается предельно плотно, чтобы не оставалось промежутков.

Топка изнутри

Обратите внимание! В качестве топлива можно использовать не только дрова, но и опилки, уголь, торф, мусор (исключительно сгораемый) и проч.

Топливо загружается в такой последовательности.

Загрузка котла

Пробная топка котла

Шаг 1. Снимается верхняя крышка конструкции.

Шаг 2. Извлекается воздушный регулятор.

Шаг 3. Котел загружается топливом по уровень дымоходной трубы.

Шаг 4. Сверху топливо поливается небольшим количеством жидкости для розжига (соляркой, отработанным маслом и проч.).

Шаг 5. Воздушный регулятор устанавливается обратно, сверху надевается крышка.

Шаг 6. Воздушная заслонка открывается до предела.

Шаг 7. Поджигается кусок бумаги, бросается внутрь конструкции. Когда топливо начинает тлеть, воздушная заслонка закрывается.

Система отопления. Обвязка

Система отопления. Обвязка

О том, что началось перманентное горение, можно судить по появившемуся из дымоходной трубы дыму. По мере сжигания топлива труба меньшего диаметра будет опускаться вместе с воздушным регулятором – по этому своеобразному индикатору и можно определить количество оставшегося топлива.

Пиролизные котлы

Принцип действия данных теплогенераторов основан на раздельном сжигании в двух камерах, сообщающихся между собой через форсунку из огнеупорного кирпича. В первичной камере, расположенной сверху, тлеют дрова при ограниченной подаче воздуха вентилятором. В результате происходит процесс пиролиза, иначе – газификации, при котором выделяется смесь горючих газов. Она перемещается во вторую камеру, где и дожигается при поступлении вторичного воздуха. Рабочая схема пиролизного котла, работающего на твердом топливе, выглядит следующим образом:

Дымовые газы из вторичной топки попадают в жаротрубный теплообменник в виде вертикальных газоходов, окруженных водяной рубашкой. Там они остывают, передавая тепло воде, и покидают котел через дымоходный патрубок. Производительностью вентилятора управляет электронный блок – контроллер, ориентируясь на показания датчиков давления и температуры.

В целом теплогенератор имеет неплохие показатели эффективности – порядка 80%, но при этом агрегат существенно дороже классического. Кроме того, котел показывает высокий КПД только при работе на сухих дровах, хотя это утверждение справедливо и для других твердотопливных агрегатов.

Этапы процесса

Алгоритм сборки и подключения к системе отопления дома:

1. Подготовка основы – цилиндрического корпуса.
2. Организация зольника.
3. Устройство топки, подачи и регулировки воздуха.
4. Изготовление дымохода.
5. Сборка теплообменника.
6. Испытания и установка.

При сборке кола важно соответствие чертежам.

На каждом этапе важны точность и аккуратность, полное соответствие чертежам. От этого зависят долговечность, надежность и безопасность эксплуатации.

Разметка и изготовление корпуса

Диаметр трубы – от 30 до 80 см. Рекомендуемые пропорции высоты к ширине топки – от 3:1 до 5:1. Иначе топливо горит неравномерно или слишком быстро.

Толщина стали – от 4 до 6 мм. Тонкий металл быстро прогорает (ситуация усугубляется увеличенным нагаром), слишком толстый повышает инерционность системы, приводит к закипанию теплоносителя.

Труба или выбранные для котла баллоны обрезают, сваривают по размерам чертежа. Снизу наваривают дно и ножки.

Выпиливают окна:

• загрузки и зольника;
• для дымохода.

Если труба для корпуса коротка или есть всего 1 баллон – камеру сгорания увеличивают за счет верхней заправки. Вместо загрузочной дверки изготавливают съемную крышку.

Важны ее простой демонтаж и установка на место. А для герметичного прилегания корпус изнутри и снаружи обваривают металлической полосой – получившуюся посадку уплотняют асбестовым шнуром.

Корпус обрезают, сваривают по размерам чертежа.

Сквозь крышку котла будет двигаться труба воздуховода. Необходимо прожечь под нее отверстие, наварить воротник – отрезок трубы для скользящей посадки. Он минимизирует нежелательный подсос воздуха.

Труба

Она присоединяется к патрубку дымохода. Через нее в атмосферу отводится горячий дым. Для безопасного прохода сквозь перекрытие или стену труба оснащается «разделкой».

Этот стальной лист – основа для асбестовой подложки. Этим исключается непосредственный контакт горячей трубы с окружающими ее материалами.

Патрубок к дымоходу

Эта вваренная в корпус горизонтальная труба часто оснащается поворотной заслонкой для регулировки тяги. К основной трубе дымохода она стыкуется уплотнительным хомутом либо через отвод с раструбом – для поворота вверх или в нужную сторону.

Зольник

Это донная часть котла. В его окно вваривают прямоугольную горловину, которую закрывают дверкой.

Такая конструкция выбрана неслучайно:

1. Проще обеспечить ее герметичное закрывание.
2. В плоской дверке легко выполнить управляемую шторку – для регулировки интенсивности горения.

Зольник – донная часть котла.

Система подачи воздуха

Это своеобразный пресс, ограничивающий топку по мере расхода топлива, дающий приток кислорода.

Рекомендуемый диаметр трубы воздуховода – 80% от корпуса, высота – больше котла.

Из стального листа вырезают диск. Его диаметр меньше внутреннего размера корпуса на 5–10 мм. Минимальный зазор не должен мешать свободе передвижения.

Вся конструкция напоминает большой поршень:

1. В центре прожигают отверстие, в него продевают и прихватывают воздуховод.
2. Снизу диска лучами наваривают уголки, швеллеры или стальные полосы – это каналы распределителя воздуха.

На верхний торец воздуховода крепят управляемую заслонку, регулирующую подачу кислорода.

Теплообменник

Для нагрева теплоносителя вокруг камеры сгорания наваривают водяную рубашку толщиной 5–6 см.

Самый простой способ:

• найти бочку подходящего размера;
• в дне и крышке вырезать отверстия по наружному диаметру баллона;
• ввернуть патрубки подачи, обратки – для подключения к системе отопления;
• надеть бочку на котел, заварить стыки.

Теплообменник нужен для нагрева камеры сгорания.

Если готовой емкости не найти, теплообменник варят из трубы большего диаметра, в крайнем случае из листового железа. А так как толстое железо вокруг корпуса не обогнуть – придется подобрать более податливое.

Повысить эффективность котла можно предварительным подогревом теплоносителя от дымохода, проходящего сквозь отдельный резервуар.

Монтаж решетки

Сверху зольник отделяют от камеры сгорания:

• готовыми колосниками;
• толстыми прутами или арматурой, сваренной в клетку;
• стальной решеткой, обрезанной под внутренний диаметр баллона.

Желательно вварить в корпус не саму решетку, а опоры под нее – для легкой замены в случае прогорания.

Тестовый розжиг

Готовый котел устанавливают на постамент, оборудуют временным дымоходом.

Для загрузки дров и растопки нужно:

• снять крышку, вынуть распределитель воздуха;
• уложить дрова в топку до дымохода;
• собрать детали обратно;
• открыть зольник и поджечь топливо – бросить в трубу зажженную бумагу;
• убедиться, что тление началось, плотно прикрыть дверцу.

Для готового котла нужно провести тестовый розжиг.

Любое топливо – дрова, уголь, пеллеты – загружают максимально плотно, когда между слоями не остается свободного пространства. Если не получается, то все пустоты засыпают опилом, щепой, заполняют бумагой. Основной принцип: чем плотнее уложено, тем дольше тлеет.

Из-за прогорания дров труба воздуховода постепенно опускается – по ней можно судить об оставшемся количестве топлива.

После пробного запуска нагреватель устанавливают в дом.

Котлы на пеллетах

Эта группа теплогенераторов – самая прогрессивная из всех, хотя и самая дорогая. Недешево обойдется как сам отопитель, так и его установка с подключением. Но пеллетные котлы стоят своих денег: они эффективны (КПД – до 85%), полностью автоматизированы и лишены инертности, присущей остальным твердотопливным «собратьям». Поскольку запаса топлива в бункере хватает на 3—7 дней работы, то их можно смело отнести к агрегатам продолжительного горения.

Конструктивно установки схожи с газовыми отопителями, поскольку снабжаются горелками двух типов: ретортной и факельной. На рисунке представлен чертеж твердотопливного котла длительного горения на пеллетах с разными типами горелок:

Организация теплопередачи здесь такая же, как и в других теплогенераторах, — с помощью жаротрубных теплообменников. Высокая эффективность достигается за счет другого: сухого качественного топлива и контролируемого автоматикой сжигания. Но если попадутся влажные либо рыхлые пеллеты, то и КПД агрегата резко снизится.

Для справки. По такому же принципу действуют и автоматические угольные котлы, только горелки в них бывают одного типа – ретортные.

Полезные советы и общие рекомендации опытных мастеров

Для продолжительной стабильной работы системы отопления с самодельным котлом важно помнить, что:

1. Уплотнения и запоры, герметизирующие открываемые крышки и дверки, повышают эффективность установки.
2. Если дровяной котел использовать в паре с электрическим – заслонка на дымоходе снизит потери тепла.
3. Автоматическое управление повышает комфорт эксплуатации агрегата.
4. Установка на бетонный пол исключает перекосы – обеспечивает долговечность патрубков теплообменника.

Аккуратное и качественное собственное исполнение важно для получения равноценной альтернативы заводской сборке.

Немного о контурах для ГВС

В силу своих особенностей любые твердотопливные отопители мало приспособлены для прямого нагрева воды на нужды ГВС. Тем не менее некоторые производители все же встраивают в свои изделия второй контур в виде змеевика. При этом схема двухконтурных твердотопливных котлов бывает разной, змеевик может располагаться внутри водяной рубашки и прогреваться от теплоносителя. В других моделях его помещают внутрь топливника либо над ним.

Оптимальный вариант – не помещать теплообменник внутрь дровяного теплогенератора, а готовить воду в бойлере косвенного нагрева, что будет служить одновременно и тепловым аккумулятором. Но приобрести подобное оборудование не всем под силу, поэтому пользователям все еще интересны двухконтурные агрегаты, хотя обеспечить все потребности в горячей воде они вряд ли смогут. Ниже представлена схема установки котла функцией подогрева воды для ГВС:

Правила безопасности

Эксплуатация котла требует постоянной осторожности.

Общепринятые нормы безопасной эксплуатации:

• выполнять отделку помещения несгораемыми материалами;
• хранить топливо отдельно.

Небольшие нагреватели мощностью до 35 кВт можно размещать не в обособленном помещении, а в огороженном пространстве с постоянной вентиляцией.

Правила безопасных расстояний от топки:

• до противоположной стены – не менее 1,25 м;
• до задней и боковых стенок – не менее 0,7 м.

Все опасные поверхности и участки защищают несгораемыми материалами.

Обзор популярных моделей

Следует понимать, что любой пиролизный котел — это достаточно тяжелый агрегат, который не предназначен для подвешивания на стену. Такие устройства можно применять как для отопления небольшого дома, так и для просторных коттеджей. Как и другие отопительные агрегаты, котлы длительного горения различаются по мощности.

Выбирая котел пиролизного горения, следует ориентироваться на такие показатели, как тепловая мощность устройства, размеры камеры загрузки, наличие второго контура и т.п.

На этот показатель обычно и ориентируются покупатели.

Среди популярных моделей такой техники следует упомянуть:

• Atmos (Украина) — представлены устройствами, которые могут работать и на дровах, и на угле, мощность варьируется в пределах от 14 до 75 киловатт.
• Attack (Словакия) — способны справиться с обогревом площадей до 950 кв. м, некоторые модели способны продолжать работу даже при перебоях с электроэнергией.
• Bosch (Германия) — высококачественная продукция известного бренда, мощность варьируется в пределах 21-38 киловатт.
• Buderus (Германия) представлена линейками Elektromet и Logano, первая хорошо известна в Европе как классический вариант пиролизного котла, вторая — более современные версии, предназначенные для частных домов.
• Gefest (Украина) — высокомощные устройства с КПД до 95%.
• КТ-2Е (Россия) специально разработан для крупных жилых помещений, мощность агрегата составляет 95 киловатт.
• Opop (Чехия) — относительно недорогие котлы, надежные и долговечные, мощность 25-45 киловатт.
• Stropuva (производства Литвы или Украины) с мощностью от семи киловатт вполне подойдут для небольшого дома, но в модельном ряде представлены и более мощные устройства.
• Viessmann (Германия) — идеальный выбор для частных домовладений, мощность стартует с 12 киловатт, применение современных технологий позволяет экономить топливо.
• “Буран” (Украина) с мощностью до 40 киловатт еще один популярный вариант для владельцев больших коттеджей.
• “Логика” (Польша) высокомощные устройства на 20 киловатт с легкостью обогревают помещения площадью до 2 тыс. кв. м, это скорее котел для промышленных нужд: обогрева цехов, офисов, теплиц и т.п.

Выбирая пиролизный котел для частного дома, следует обратить внимание на модели с двумя контурами, чтобы не только отапливать жилище, но и обеспечить его автономным горячим водоснабжением.

Теплообменник для ГВС бывает накопительного или проточного типа. Для последнего варианта используют модели котлов повышенной тепловой мощности.

При желании сэкономить средства, можно попробовать сделать пиролизный котел своими руками. Технология его сборки описана в этой статье.