Твердотопливные котлы

Печку, как известно, топят дровами, углем, брикетами торфа и пр. Все это — твердое топливо. Твердотопливные котлы были очень популярны до середины 50-х годов XX века: топливо для них самое доступное и дешевое. Для России твердотопливные котлы более чем актуальны — дровами владельцу загородного дома запастись проще всего: можно заготовлять их в лесу; лесопилки обычно бесплатно или по бросовым ценам отдают отходы разделки бревен. Уголь, даже сортированный антрацит, также оказывается обычно дешевле солярки.

Экологический фактор становится еще одним, все более весомым аргументом в пользу древесины как единственного возобновляемого и экологически чистого топлива на планете. Установлено, что в продуктах сгорания природного газа и высокосернистого мазута присутствует сильнейший яд бензагатрен, причем в концентрации, в сотни раз превышающей ПДК (предельно допустимую концентрацию).

С талой весенней водой этот яд, осевший в окрестностях жилья, смывается в ближайший водоем или колодец — далее к нам в пищу. Поэтому экологически чистые твердотопливные котлы переживают сейчас свое второе рождение. Еще один аргумент в пользу таких котлов: в отличие от газовых и жидкотопливных, они не требовательны к качеству подаваемого в топку воздуха, например к строительной пыли.

Промышленность предлагает довольно широкий спектр дровяных и угольных котлов отечественного производства, стоимость которых варьируется в очень широких пределах. Можно условно разделить все твердотопливные котлы на три категории:

традиционные (где топливо — уголь, дрова, торф);
комбинированные (кроме твердого топлива они могут работать на газе или солярке, для чего требуется установить соответствующую горелку). Как правило, дровяная топка служит резервным вариантом на случай отсутствия солярки или слабого давления газа, что часто бывает зимой в сильные морозы;
универсальные, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе, как и комбинированные, но еще имеют встроенные электроТЭНы. Электронагреватели имеет смысл включать ночью, когда действует низкий тариф на электроэнергию, или в экстренных ситуациях.
Из отечественных универсальных котлов можно назвать ЗИОС4Б-45 и КС-ТТ2(В)—20Э (котел стальной на твердом, газообразном, жидком топливе с водяным контуром, 20-киловаттный, с электроподогревом). Характеристики некоторых твердотопливных котлов, как отечественного, так и зарубежного производства, приведены в табл.

Конструктивно и технологически твердотопливные котлы делятся на такие группы:

чугунные и стальные;
с одной топочной камерой или с двумя;
одноконтурные (отопительные) и двухконтурные (отопительные и водогрейные).

Однотопочные котлы
Самые простые и распространенные — однотопочные котлы с чугунной или стальной топкой. Чугунные котлы обычно делают составными, из нескольких секций (образующих топку котла с рубашкой, по которой циркулирует вода) и газохода. Число секций зависит от мощности котла. Чугунные котлы имеют больший срок службы, чем стальные (до 50 лет и 30 лет соответственно), но при этом ремонтировать их приходится чаще. Впрочем, возможность замены прогоревшей секции облегчает эту процедуру.

Чугунные котлы способны работать в сетях отопления с естественной циркуляцией, то есть не зависят от наличия электричества. У стальных котлов есть модели, которые не позволяют работать без циркуляционного насоса, так как гидравлическое сопротивление теплообменника котла слишком велико. Чугунные котлы тяжелее — для них требуется усиленный пол или фундамент. Они дороже стальных. Самый серьезный изъян большинства чугунных котлов — отсутствие второго контура (теплообменника для горячего водоснабжения). Хотя есть и приятные исключения: отечественный КЧМ—5 «Комби» и котел 255FG фирмы СТС, оснащенный встроенным медным баком на 115 л для горячего водоснабжения дома.

Стальные котлы менее инерционны, чем чугунные: они быстрее выходят на заданный режим и точнее его поддерживают. Но по сравнению с чугунными они более капризны по отношению к углю: для его использования нужно менять колосники на чугунные (что и сделано в отечественных котлах серии КС) или водоохлаждаемые. Зато стальные котлы обычно оборудованы змеевиком — теплообменником для нагрева санитарной воды (горячего водоснабжения), а в некоторых моделях предусмотрена возможность устанавливать электроТЭНы (6—12 кВт) для экстренного нагрева воды в межсезонье.

Современные отопительные котлы часто имеют встроенный контур горячего водоснабжения (так называемые двухконтурные котлы). Двухконтурный котел удобен, но он дороже. Может быть, предпочтительнее греть воду отдельным водогрейным устройством? Кроме цены можно выиграть и в надежности: два устройства редко ломаются одновременно.

Однотопочные котлы при переходе с одного вида топлива на другой приходится перенастраивать. Это связано с тем, что параметры камеры, обеспечивающие высокий КПД, для каждого топлива свои. При использовании дров нужна просторная топка и не нужен многооборотный дымоход, снижающий тягу. При использовании же горелки с наддувом воздуха тяга не нужна — она обеспечивается наддувом, а вот многооборотные дымоходы, наоборот, необходимы — газы по сравнению с продуктами сгорания дров имеют очень высокую температуру и им требуется большая поверхность дымохода, чтобы успеть отдать ей свое тепло. Эти перенастройки несложны, они под силу владельцу и подробно оговорены в инструкциях: требуется снять одни детали, установить другие. Исключение составляет газовая горелка, ее должен снимать и устанавливать только специалист-газовщик.

Однотопочные котлы часто снабжены термоманометром, который показывает температуру и давление теплоносителя отопительного контура, а также датчиками температуры дымовых газов, горячей воды системы водоснабжения.

Чисто твердотопливные котлы иногда оснащаются механическим терморегулятором (термобаллоном), шток которого соединен цепочкой с дверцей поддувала. Открывая или прикрывая дверцу поддувала, он регулирует подачу воздуха в зону горения, поддерживая или заданную температуру теплоносителя в водяной рубашке котла, или заданную температуру дымовых газов.

Отдельно стоит упомянуть группу котлов — например, отечественных АТВ-23,2 (модель 3131), — предназначенных только для дров и древесных отходов и обеспечивающих высокоэффективное горение (КПД до 78%). Топка у таких котлов рассчитана на большой объем дров (одна закладка обеспечивает 6—10 часов работы). Эффективность горения достигается применением ряда новшеств по сравнению с традиционной топкой. Так, благодаря специально направленным воздушным потокам обеспечивается так называемое нижнее горение, когда дрова тлеют у колосника, а продукты сгорания направляются в нижнюю камеру, под колосником, и там дожигаются. Имеются модели, рассчитанные как на естественную тягу, так и на принудительную (наддув). Эти котлы не нуждаются в сухих дровах — годятся и влажные.

Гидроаккумулятор
Традиционная кирпичная печь после протопки долго хранит тепло, запасенное кирпичной кладкой печи и дымоходов. Твердотопливный котел тепла практически не запасает, поэтому его приходится топить постоянно, что неэффективно — в трубу уносится немало тепла, к тому же сажа образуется так эффективно, что чистка становится постоянной заботой. Почему бы не запасать тепло, пока дрова горят? Именно с этой целью производятся гадроаккумуляторы тепла: баки с горячей водой. Объем такого бака должен быть достаточно велик (до 500 л). Подобно кирпичной печной кладке, вода в баке запасает тепло, пока дрова горят интенсивно, а потом постепенно отдает это тепло в контур системы отопления. В результате топить можно раз в 2—3 дня (экономия топлива), обеспечивая постоянный обогрев дома.

Двухтопочные котлы
Двухтопочные котлы обычно делают из стали. В них не нужна перенастройка при переходе от твердого топлива к газу или жидкости — имеются раздельные камеры: одна — для твердого топлива, другая — для установки горелки с наддувом газа (для газа или жидкого топлива). Поскольку каждая топка сконструирована так, чтобы обеспечить лучшим образом горение своего вида топлива, такие котлы, безусловно, эффективнее однотопочных. К тому же все уже отлажено в заводских условиях и в любой момент готово к работе. Топки на работу друг друга никак не влияют, так как сообщаются только через общий дымосборник. Как правило, такие котлы универсальные — в них предусмотрена возможность установки электроТЭНов. Двухтопочные котлы обязательно имеют второй контур-теплообменник для горячего водоснабжения дома либо встроенный бойлер, как, например, котел Polyflam ТС 35 (фирма Bosch, Германия).

Автоматизированные котельные
Автоматизированный топочный аппарат (АТА) сочетает в едином моноблоке твердотопливный котел и стоккер. Стоккер (бункерная горелка) — это металлический ящик (бункер) объемом 0,5—1 м3, оборудованный шнековым транспортером для подачи топлива, переходящим в тарелочное устройство с вентилятором наддува. Дрова здесь не годятся: топят АТА древесной щепой (5—50 мм), стружкой или гранулами из прессованных опилок и мелкой стружки (пеллетами). 12—15 кубометров такого топлива заменяют тонну солярки.

Таким образом, стоккер, или бункерная горелка, позволяет автоматизировать процесс горения древесного топлива наподобие того, как это делается в газовых или жидко-топливных котлах. Действительно, газовая или жидко-топливная горелка подает топливо непрерывно по мере сгорания. Расход топлива регулируется в зависимости от температуры воды. Стоккерная горелка для того и оборудована устройством подачи топлива, чтобы скоростью подачи топлива можно было управлять.

Подача топлива в стоккере регулируется датчиком температуры воды на выходе из котла — при ее снижении на 5°С ниже установленного значения по сигналу терморегулятора на несколько секунд включается электродвигатель шнека и порция топлива подается в горелочное устройство, в котором постоянно поддерживается тлеющий заряд.

Дутьевой вентилятор подает воздух в горелочное устройство, и температура воды в котле повышается. Как только она достигнет верхнего предела, вентилятор автоматически отключается. Две системы защищают стоккер от проникновения огня по шнеку. Первая следит за температурой кожуха топливо-подающего шнека. При повышении температуры до 40—45°С специальный термостат отключает дутьевой вентилятор и подачу топлива. Вторая система при температуре топливо-подающего кожуха 70—85°С заливает водой подающий шнек и горелочное устройство.

В России автоматизированные котельные не производятся, их закупают за рубежом. Одна из проблем — потребность в гранулированной древесине или щепе. Если поблизости нет лесопилки, придется приобрести малую рубочную машину.