Самодельные котлы длительного горения на угле

Одним из недостатков традиционных твердотопливных котлов и печей является небольшой объем первоначальной загрузки топлива и, как следствие, кратковременное его горение. Для того, чтобы увеличить длительность горения в таких устройствах приходится постоянно следить за процессом горения и добавлять по мере сгорания новые порции топлива. Это отнимает много времени. Поэтому, в наше время становятся все более популярными отопительные твердотопливные котлы длительного горения, которые позволяют увеличить интервал времени между загрузками топлива и могут долго работать, не требуя к себе постоянного внимания. Правда, стоимость таких агрегатов хорошего качества промышленного изготовления довольно высокая. Поэтому довольно часто народные умельцы изготавливают твердотопливные котлы длительного горения своими руками. Они, как правило, более просты по конструкции и обходятся гораздо дешевле и могут быть разными по конструкции, форме, размерам и используемому материалу. В данной статье мы рассмотрим несколько видов конструкций таких котлов, их особенности, а также из чего и как их можно сделать самостоятельно.

Чем котел длительного горения отличается от обычного

Главным отличием практически всех конструкций котлов длительного горения является большой объем загрузочной камеры, в которую помещается значительно больше топлива, чем в обычный котел, что и обеспечивает возможность его работы длительное время без дозагрузки. Как правило, в большинстве конструкций эта камера является и камерой сжигания топлива, то есть топливником, хотя форма, размеры и расположение ее могут быть достаточно разными. Практически, большой объем топлива и является тем главным фактором, который и определяет длительность горения. Кроме этого, в таком агрегате, должны быть созданы условия для возможности медленного, но полного сгорания топлива и способы регулирования этого процесса. Некоторым образом влияет на длительность горения топлива и способ его сжигания, но, как правило он не является определяющим.

Устройство агрегата

Вкратце суть работы и устройство твердотопливного пиролизного котла длительного горения можно свести к следующему:

1. Два металлических цилиндрических корпуса разного размера скрепляются между собой. Меньший — это топка, где происходит сгорание твёрдых частиц. Больший — внешняя оболочка котла.
2. Оставшееся пространство между корпусами заполняется водой. Она исполняет функции теплоносителя.
3. В малую трубу устанавливается воздухораспределитель и делит её на две части. В одном разделе происходит сжигание топливных частиц, в другом — дожигание пиролизного газа. Распределитель изготавливается в виде телескопической трубы, к одному концу которой прикреплён небольшой диск с лопастями. Это позволяет равномерно распределить газы, выделяемые в процессе сжигания топлива. Через воздухораспределитель в отсек сгорания подаётся кислород, необходимый для поддержания горения.
4. По мере прогорания слоёв топлива распределитель переходит ниже и добавляет воздух на нижеследующие уровни.
5. В том случае, если процесс контролируется автоматическими управляющими системами, необходимо обеспечить подключение устройств к электросети.

Для изготовления котла, работающего на твёрдом топливе, необходимо разработать чертёж или схему. На ней отображается примерный внешний вид агрегата с соблюдением всех пропорций, деталей и элементов.

Виды твердотопливных котлов длительного горения

Для того, чтобы лучше разобраться в существующих конструкциях котлов длительного горения и выбрать наиболее подходящий вариант для самостоятельного изготовления, рассмотрим какие основные виды их существуют в настоящее время. По способу сжигания топлива можно выделить следующие их конструкции:

Читайте также:  Завершенное строительство частного дома это

• С традиционным сжиганием снизу-вверх, топливо в которых поджигается снизу, а горячие продукты сгорания проходят через всю камеру сгорания и удаляются в дымовую трубу в верхней ее части, по пути нагревая теплоноситель в теплообменнике, которым являются сами стенки камеры и, возможно, дополнительные регистры;
• Шахтного типа, с нижним горением топлива, в которых продукты сгорания удаляются не через загрузочную камеру, как в предыдущем случае, а в соседнюю, где размещается теплообменник и далее уходят в дымовую трубу;
• С верхним сжиганием топлива (сверху-вниз), в которых топливо поджигается сверху и постепенно сгорает до дна. Такой способ требует специального устройства (телескопической трубы, которая опускается по мере сгорания топлива) для подачи воздуха к месту горения.
• С пиролизным или газогенераторным сжиганием топлива, при котором твердое топливо (чаще всего дрова) сжигаются при высокой температуре и ограниченной подаче первичного воздуха. При этом происходит не классическое горение топлива, а сухая перегонка их в древесный газ, который потом сжигается в камере дожига в присутствии вторичного воздуха. Стоить отметить, что пиролизные котлы являются более сложными с точки зрения самостоятельного изготовления, поэтому их конструкции будут рассмотрены в других статьях этой рубрики.

По форме твердотопливные котлы длительного горения, изготовленные своими руками могут быть:

• прямоугольными, которые как правило изготавливаются из листового железа;
• круглыми, изготавливаемые из труб большого диаметра, старых баллонов или бочек.

По виду материала, из которого они изготавливаются можно выделить котлы:

• Металлические, изготовленные исключительно из листового металла и труб;
• Металлические с футеровкой огнеупорным материалом;
• Кирпичные с металлическим теплообменником внутри.

Котел с верхним горением топлива

На постсоветском пространстве данные теплогенераторы известны в двух разновидностях:

1. Прибалтийские агрегаты (Stropuva) и их производные от других изготовителей.
2. Дровяные печи типа «Бубафоня».

Неизвестно, какой из отопителей появился раньше, но печь Бубафоня завоевала широкую популярность как обогреватель для дач, гаражей и прочих зданий с низкими требованиями к эстетике изделия. Чего нельзя сказать о котлах верхнего горения, хотя многие их почему-то считают единственно возможной версией твердотопливных теплогенераторов продолжительного сжигания. В действительности, их единственный козырь все тот же – топливник больших размеров.

Принцип действия подобных котлов состоит в горении топлива, придавленного грузом, по направлению сверху вниз. Причем воздух подается в зону сжигания тоже сверху, по телескопической трубе, соединенной с грузом. Рабочая схема агрегата показана на рисунке:

Оригинальная схема котла, взятая с сайта https://stropuva.ru/
В процессе эксплуатации котлов Stropuva проявилось множество недостатков, о чем свидетельствуют и отзывы владельцев на форумах:

1. Нельзя подкинуть в топку поленьев, пока не сгорит предыдущая закладка. Физически это возможно, но тогда принцип верхнего сжигания нарушится, пламя охватит все слои топлива.
2. При работе на свежих опилках и другом мелком мусоре остатки топлива «зависают» на стенках.
3. Эффективность ТТ-котла не слишком высока, поскольку в нем отсутствует теплообменник. Из-за камеры нагрева воздуха и большого топливника для теплообменника не осталось места.

Больше критических недостатков у теплогенератора нет, а кое-что в самодельной версии можно исправить по своему разумению. Например, поставить днище и колосники, организовав зольную камеру. Избавиться от недостатка с догрузкой тоже можно, если поставить между загрузочным и зольным проемом дополнительную дверцу. Данная идея модернизации котла верхнего сжигания принадлежит другому нашему эксперту – Владимиру Сухорукову, о чем он рассказывает в своем видео:

Подготовка материалов

Круглый корпус создает некоторые неудобства в изготовлении, но и квадратным его не сделаешь, — топливо станет «зависать» по углам. Есть проблема и со сборкой телескопической трубы с грузом, так что эту часть лучше взять от печи Бубафоня. Чертеж котла длительного горения, сопоставимого по размерам с классической версией, выглядит так:

Перед тем как сделать котел, подбираем материалы по чертежу:

• труба DN 400 со стенкой 5 мм – на топливник;
• то же, DN 50 – на подачу воздуха и водяные патрубки;
• то же, DN 100 – для дымохода;
• заготовка из листа толщиной 10 мм круглой формы с диаметром 38 см;
• полоса 40 х 4 мм – для распределителей воздуха;
• арматура диаметром 16—20 мм периодического профиля – на колосники;
• базальтовая вата толщиной 3 см и плотностью 100 кг/м³;
• тонколистовой металл с полимерным покрытием.

Выбор материала водяной рубашки зависит от способа ее монтажа, ведь у домашнего мастера вряд ли найдутся в запасе вальцы, способные придать металлу толщиной 3 мм форму цилиндра. Варианты такие (показаны ниже на схеме):

1. Схема 1. Взять тонкостенную трубу большего диаметра, хотя найти таковую непросто, а обычная сильно утяжелит котел.
2. Схема 2. Два листа металла согнуть в 2 местах под углом 60°, а потом сварить две половинки вместе. Понадобится пресс – листогиб.
3. Схема 2. Варить рубашку из 6 листов – сегментов на клипсах.
4. Схема 3. Сварить прямоугольный короб, отчего увеличится объем котлового бака.

Также понадобится листовой металл 3 мм на обрамление дверок, дно с крышкой и воздушную заслонку.

Изготовление теплогенератора

Производство работ начинается с вырезания заготовок и проемов в стенке трубы по размерам на чертеже. Из вырезанных частей делаются дверцы, к ним прилаживаются навесы и покупные ручки. Из арматуры варится колосниковая решетка, показанная на фото:

В целом алгоритм сборки котла верхнего горения выглядит так:

1. В круглой заготовке для груза прорезать отверстие, вставить в него трубу и обварить.
2. К нижней части груза приварить 6 изогнутых полос, что послужат распределителями воздуха.
3. Прикрепить к топке днище, установить внутрь колосники.
4. Вырезав отверстие по центру крышки для воздушной трубы, приладить ее к топливнику. Перед этим нужно поставить трубу с грузом на место.
5. Приварить патрубок дымохода.
6. Смонтировать водяную рубашку по выбранной схеме, герметично обварить все стыки.
7. Произвести врезки патрубков для теплоносителя.
8. Выполнить утепление и обшивку котла, установить дверцы.
9. Поставить на верх воздушной трубы заслонку.

Для распределения воздуха достаточно шести полос
Установить автоматику и наддув на котел верхнего горения затруднительно, поскольку к движущейся трубе вентилятор не приставишь. Надо смастерить гибкий рукав, а для датчика температуры предусмотреть погружную гильзу. Вложить его под утеплитель нельзя, потому что зона горения в данном виде отопителей постоянно смещается.

Проводить испытания котла лучше, конечно, на улице

Читайте также:  Как утеплить холодную веранду в частном доме своими руками?

Какой вид и конструкцию выбрать для самостоятельного изготовления

Выбор вида и конструкции твердотопливного котла длительного горения для изготовления его своими руками зависит от наличия навыков работы и самого материала. Для хорошего сварщика не составит труда сварить котел из листов или труб, а человеку, знакомому с печными работами легче будет соорудить кирпичный котел, вмонтировав в него готовый металлический теплообменник. То же и касается сложности конструкции. Необходимо соизмерять ее со своими возможностями и способностями. В противном же случае лучше поручить эту работу специалистам.

Ниже мы рассмотрим устройство и конструкционные особенности некоторых видов твердотопливных котлов длительного горения, которые несложно изготовить своими руками.

Дровяной котел с традиционным сжиганием топлива снизу-вверх

Устройство такого твердотопливного котла длительного горения наиболее простое, что имеет значение при изготовлении своими руками. Он может быть цилиндрической или прямоугольной формы и, соответственно, быть изготовлен из труб диаметром 400-600 мм или листовой стали. Такая конструкция представляет собой топливник высотой 1м и более, окруженный снаружи «водяной рубашкой».

Особенностью устройства этого котла является, то что загрузочная дверка находится сверху, а дымовая труба сбоку. Это позволяет, во-первых, изменять его высоту, а следовательно, и объем загрузочной камеры (он же и топливник), чем можно регулировать, длительность горения и его тепловую мощность. Во-вторых, такое расположение загрузочной дверки позволяет заполнять котел не только короткими поленьями, но и бревнами довольно большой длины (но не больше высоты камеры), устанавливая их вертикально. Топливо поджигается снизу через специальную дверку. После того, как оно загорится, с помощью регулирования подачи воздуха через поддувальную дверку регулируется скорость, а значит и длительность горения. Конструкция достаточно проста, но из-за относительно небольшой площади теплообменника (практически это только стенки камеры сгорания) расход топлива в таком котле несколько больше, чем в других, более сложных котлах длительного горения.

Рис. 1 Твердотопливный котел длительного горения с традиционным сжиганием топлива снизу-вверх

Котел длительного горения шахтного типа

Свое название такие котлы получили в связи с особенностью загрузочной камеры – она представляет собой конструкцию («шахту») высота которой значительно больше, чем размеры поперечного сечения. Загрузка топлива осуществляется сверху. Само топливо поджигается снизу, но огонь и продукты его сгорания выходят не через загрузочную камеру, как в предыдущем случае, а в соседнюю, где и располагается теплообменник.

Чаще всего теплообменник в таких котлах изготавливают в виде прямоугольника из листового металла, в который врезаны трубы для прохода огня и горячих газов – огнетрубный вариант. Хотя могут быть конструкции и с водотрубным теплообменником, когда по ее трубах протекает теплоноситель. В теплообменнике огонь и дымовые газы отдают свою тепловую энергию теплоносителю и выходят в дымовую трубу.

Рис. 2 Схема простого шахтного твердотопливного котла

Котел длительного горения сверху-вниз

Конструкция такого котла отличается тем, что процесс горения топлива в нем происходит сверху-вниз, то есть топливо, загруженное в камеру сгорания, поджигается сверху и постепенно выгорает до дна. Этот принцип используется в известной многим печке «бубафоня», только в котле имеется еще возможность нагрева теплоносителя для системы водяного отопления.

Чтобы обеспечить этот процесс в конструкцию агрегата включена телескопическая труба, посредством которой осуществляется подача воздуха к месту горения топлива. А для того, чтобы воздух распределялся равномерно, на конце трубы приварен распределительный «блин» с лопастями. Воздухоподающая труба, которая при загрузке топлива поднимается вверх, по мере сгорания топлива, под своим весом опускается и обеспечивает непрерывную подачу воздуха к месту горения.

Для того, чтобы обеспечить лучшие условия сгорания топлива, воздух предварительно подогревается в камере подогрева, расположенной в верхней части камеры сгорания. Подача воздуха, а, соответственно, скорость горения, регулируется задвижкой на входе в камеру подогрева. Но возможна и более простая конструкция такого котла – без камеры подогрева, тогда задвижку, регулирующую подачу воздуха устраивают непосредственно на верхнем торце трубы.

Теплообменник такого котла, обычно, представляет собой «водяную рубашку» вокруг камеры сгорания, но, для увеличения эффективности теплопередачи, в верхней части могут быть установлены дополнительные регистры из труб. Загрузка топлива осуществляется через верхнюю боковую дверку, а удаление золы и остатков топлива – через нижнюю.

Читайте также:  Теплица своими руками

Рис. 3 Схема котла длительного горения с сжиганием топлива сверху-вниз

Некоторые подобные конструкции предполагают наличие боковой дверки, практически на всю высоту камеры сгорания, что существенно упрощает процесс чистки котла, но усложняет изготовление.

Такие котлы, как правило круглого сечения (фото вверху). Изготовить своими руками их можно из двух труб большого диаметра (400-500 мм) и труб диаметром поменьше: для камеры подогрева воздуха — 250-300 мм, дымохода – 120-150 мм и телескопической трубы 60-90 мм. Кроме этого необходима будет листовая сталь толщиной не менее 4 мм для.

Кирпичные котлы длительного горения

Одним из недостатков большинства котлов длительного горения, изготовленных полностью из металла, является их довольно большой вес, так как размеры загрузочной камеры, а соответственно, и самого котла довольно большие. И чтобы установить их на место иногда приходится использовать грузоподъемные механизмы и даже разбирать крышу котельной или же необходимо изготавливать такой котел на месте. Те же проблемы могут возникать и при демонтаже такого котла, если он прогорел или по другим причинам.

Такого недостатка может быть лишен котел, корпус и топливник которого сложен из кирпича, а металлическим является только теплообменник, изготовленный из труб или листовой стали. Наиболее подходящая форма сечения для таких котлов прямоугольная. Кирпичная кладка ведется с учетом правил печных работ. Таким образом, может быть изготовлен, например тот же котел с традиционным сжиганием топлива или шахтного типа (рис. 4).

Рис. 4 Кирпичный котел шахтного типа

Устройство и размеры такого твердотопливного котла длительного горения могут быть подобраны с учетом индивидуальных особенностей системы отопления вашего дома и размеров котельной. Кроме того, такой котел может быть сооружен непосредственно в доме и если он будет облицован качественным кирпичом, он может стать неотъемлемой частью интерьера.

Если у вас есть некоторые навыки печных работ, то сложить такой котел несложно, при этом выполнить эту работу можно даже одному. Котел сооружается сразу на том месте, где он будет эксплуатироваться, а при необходимости, также просто может быть разобран.

Что потребуется для изготовления котла

Чертеж

Чертеж котла длительного горения для изготовления своими руками (для увеличения масштаба — необходимо нажать на чертеж)

Материалы

• Металлическая труба толщиной 3мм и диаметром 300 мм;
• Металлическая труба диаметром 60 мм;
• Дымовая труба диаметром 100 мм;
• Лист металла 4мм;

Инструмент

• УШМ «болгарка»;
• Сварочный аппарат.

Загрузка топлива и работа котла

Топливо, загружаемое в котел длительного горения, должно быть уложено очень плотно, чтобы исключить образование промежутков. Это позволит загрузить максимально возможное количество топлива и увеличить время его горения. В качестве топлива можно помимо дров использовать уголь, брикеты торфа и даже бытовой мусор способный гореть.

Топливо в котел загружается следующим образом:

• с котла снимается крышка;
• извлекается воздухораспределитель;
• заполняют котел топливом до того места, где приварена дымовая труба;
• возвращают на прежнее место воздухораспределитель и накрывают котел крышкой;
• заслонка, регулирующая подачу воздуха в зону горения, во время розжига топлива должна быть полностью открыта.

О степени сгорания дров можно узнавать по положению воздухораспределителя, который будет опускаться вниз по мере того, как топливо, сгорая, будет уменьшаться в объеме.

Стоит отметить, что не только от объема котла зависит длительность горения, но и того какой вид топлива используется в каждом конкретном случае.

Правильная установка и эксплуатация котла гарантирует его безопасность, поэтому помимо отопления дома его можно использовать для обогрева других подсобных помещений.

Внимание! Для установки котла должна быть подготовлена ровная горизонтальная поверхность.