От семидесяти до ста тысяч рублей — вот средняя цена твердотопливных котлов с суточной продолжительностью горения. Но, обладая навыками дуговой сварки, вы можете сделать котёл длительного горения своими руками. Это обойдётся значительно дешевле, а схем и конструкций есть достаточное количество. Давайте о них и поговорим.
Принцип работы: почему дрова сгорают не все сразу
Над этой задачей долгое время бились множество конструкторов: как сделать твердотопливные котлы более удобными, повысить их автономность и сократить время, затрачиваемое на обслуживание. Одним из первых решений была разработка устройств порционной и автоматической подачи топлива. Однако этот подход оправдал себя лишь в агрегатах, сжигающих форматированное по размерам горючее в виде гранул и брикетов.
После были отмечены и другие особенности процесса горения древесины. Мы знаем, что очаг пламени поддерживается потоком свежего воздуха. Поступающий воздух, сгорая, образует высокотемпературный газ, который быстро раскаляет поленья, лежащие выше пламени. И чем выше стопка, тем быстрее она разгорается.
Очевидно, что препятствуя этим двум явлениям можно добиться более продолжительной работы. Например, если сжигать уложенные в шахту котла дрова не снизу вверх, а только сверху. Другое новшество было реализовано в котлах генераторного типа. Дерево в них сгорает, но сильно нагревается, образуя пиролизный газ. Ему, при его высокой температуре, достаточно лишь небольшого количества кислорода, чтобы вспыхнуть и разгореться ещё сильнее.
Генерация пиролизного газа возможна только при ограниченной подаче кислорода, достаточной, чтобы поддерживать тление в топке, и не слишком большой, чтобы газ не сгорел раньше времени. Оба описанных принципа могут быть относительно легко воплощены и в самодельных устройствах.
Недостатки самостоятельного изготовления
Учтите однако, что рассчитать итоговую мощность и параметры горения не так просто. В частности, эффективность генерации зависит и от силы тяги, и от используемых дров (влажность, порода). Кроме этого, есть целый ряд чисто технологических нюансов, трудно реализуемых в домашней мастерской.
В первую очередь — это материал изготовления. Температура горения генераторного газа несколько выше дров и может достигать 800 °С. В этих условиях конструкционная сталь может работать только при значительной собственной теплоёмкости, то есть толщина стенок камер сгорания должна быть около 12 мм или даже больше. Могут быть использованы также сорта жаропрочной стали, но только если в распоряжении есть подходящие средства обработки и скрепления. Других путей, к сожалению, нет: вся остальная продукция имеет малый срок службы до прогорания (не более 10 лет), и подвергается изменению формы из-за внутренних напряжений.
Другая проблема в том, что для стабильной работы требуется специальная форма камер и их разделителей. В условиях фабричной штамповки и автоматической сварки можно создать сколь угодно сложные формы, в домашнем же производстве причудливую систему каналов никак не выполнить. Это приводит к повышенному аэродинамическому сопротивлению котла и не позволяет обеспечить нормальной тяги. Инверсный поток верхнего дутья может быть компенсирован либо очень высокой (около 10–12 м) трубой вытяжного канала, либо принудительной тягой за счет электрического дымососа.
Установка последнего строго рекомендуема для всех без исключения котлов длительного горения. В течение суток сила естественной тяги может меняться, что приводит к неполному сгоранию генераторного газа и его накоплению во взрывоопасной концентрации даже внутри котельной.
Шахтный котёл — разбираем схему
Котёл с шахтной вертикальной загрузкой имеет корпус в виде высокой (до 2 метров) колонны квадратного или круглого профиля с внутренним сечением около 0,3 м2. Эта колонна имеет глухое дно и, возможно, наружный кожух, ограничивающий тепловое излучение от раскалённых стенок.
Внутрь топки опускается конструкция, сильно похожая на поршень одноразового шприца. Широкая плита в основании в точности повторяет внутренний профиль шахты, образуя зазоры у стенок по 4–6 мм. Зазор выполняет роль форсунки и ограничивает проток воздуха через камеру сгорания, поэтому здесь важна точная подгонка. Шток поршня — 100 мм стальная труба длиной не меньше общей высоты шахты, вваренная сквозь центр плиты.
Дымоходный канал расположен сбоку шахты с отступом в 200 мм от верхнего края. Это обычная стальная гильза, вваренная сквозь одну из стенок шахты. Ещё на 250 мм ниже внутри шахты по её стенкам наварен обруч из проволоки толщиной 4–5 мм. Просвет шахты при этом ограничивается, но его всё ещё достаточно для прохождения поршня.
На полученный бортик опирается стальная плита, в точности как на поршне. В её центре проделано 250–300 мм отверстие, по краю которого приварена согнутая в кольцо стальная полоса, образующая бортик высотой 70–80 мм. Такой же бортик имеется и по наружному краю.
Теперь имеем дно камеры смешивания и горения пиролизных газов. Её функция — локализовать вторичное горение, ведь иначе объём очага будет расти с проседанием поршня по мере прогорания топлива с вытекающим падением КПД котла. Ещё одна деталь — крышка котла. Это третья плита, но размерами по внешним контурам шахты. По краям она имеет небольшой (30–40 мм) бортик для плотного притвора, а в центре проделано 120 мм отверстие и вставлена гильза, выступающая вверх и вниз по 250–300 мм.
Включение в конструкцию водяного теплообменника
Полученная камера имеет объём около 0,15–0,2 м3, в ней относительно свободно можно разместить любой теплообменник, но преимущественно используются жаростойкие холоднотянутые трубчатые змеевики. Концы его проходят сквозь стенки котла и снабжаются 5–6 витками трубной резьбы — всё как обычно.
Гораздо важнее решить другую проблему: после установки теплообменника поршень уже не вытянуть, а как тогда проводить закладку дров? Для этих целей в передней стенке котла вырезаются два отверстия и привариваются два прямоугольных стальных рукава для монтажа навесных дверец.
Одна из них небольшая, высотой примерно 200 мм, и устанавливается она в верхней части котла, аккурат напротив камеры пиролизного сгорания выше опорного кольца. С её помощью можно контролировать процесс горения и регулировать тягу, поэтому лучше выбирать варианты с закалённым стеклом.
Вторая дверца должна иметь ширину почти как у шахты котла. Предназначена она для загрузки и розжига топлива, а также удаления золы после его прогорания. Проём нужно размещать ниже опорного кольца.
Есть и альтернативные варианты. Котёл, к примеру, может иметь опоясывающий бак по корпусу, либо обматываться обычной бесшовной стальной трубой на 3–4 витка. Размещать теплообменник нужно в верхней части котла, хотя и остальная наружная поверхность (включая дымоход) пригодна для забора теплоты всякого рода экономайзерами.
Дополнительное оборудование
Осталось лишь внести некоторые доработки. Для начала сделаем более эффективным распределение первичного воздуха по очагу генератора. Для этого на плиту поршня наварим перпендикулярно 6–8 лепестков параболической формы, чтобы образовалась своего рода крыльчатка.
Вторым полезным дополнением такого котла служит его правильная обвязка. Между подачей и обраткой внутреннего теплообменника должен быть установлен узел рециркуляции, который не позволит температуре воды в котле опуститься ниже 50–60 °С. Иначе неизбежно образование конденсата из остаточной влажности и быстрое корродирование стенок.
К навершию трубы поршня приварите небольшую шпильку и накиньте на нее заслонку с отверстием, чтобы регулировать количество подаваемого в генератор воздуха. Также не следует заменять дымосос дутьевым вентилятором, наладить режим работы которого гораздо сложнее. Вытяжной насос должен быть установлен в точке дымохода, на 2 метра удалённой от котла. Оптимально, если на этом участке трубы будут установлены радиаторные ребра.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
