Кратко о классификации твердотопливных котлов и о горении угля.

Классификации твердотопливных котлов.

По способу сжигания топлива и типу камеры сгорания.

1. Объемный. Способ подразумевает измельчение угля в шаровых мельницах до микронного уровня с последующим сжиганием угольной пыли. Высота котлов достигает 30 м, мощность 100 мВт и более. Используются пылеугольные горелки.

2. Слоевой, подразделяется на котлы нижнего горения и верхнего. Котлы нижнего горения называют шахтными, так как имеют верхнюю загрузку. Они вместительны, горит не весь слой топлива, а только его нижняя часть; Котлы верхнего горения имеют вертикальную, цилиндрическую конструкцию, с большой загрузочной камерой. Горение происходит сверху вниз длительное время. Но по мере горения горящий слой уходит вниз и изменяется площадь поверхности теплообмена, что сказывается на его заявленной мощности.

3. Газогенераторный («пиролизные», двухкамерные котлы).

4. На чугунных колосниках, неподвижных и с приводом.

5. На стальной водотрубной решетке.

6. В псевдо кипящем слое.

По способу управления котлом.

1. Ручное;
2. Механическое (терморегулятором с рычагом и цепочкой, регулирующий поток воздуха в котел, в зависимости от достижения заданной на регуляторе температуры);
3. Автоматическое, при помощи микроконтроллера, который управляет потоком воздуха при помощи дымососа, а также управляет подачей топлива на колосник.

Теория горения угля.

При нагреве угля из него в первую очередь выделяется влага, которая испаряется и в виде пара удаляется в дымоход.

По мере роста температуры уголь начинает выделять газообразные летучие компоненты (пиролиз), которые сгорая, разогревают уголь. После их выделения остается твердый остаток, кокс, состоящий из углерода и золы. Выделившиеся газы, быстро сгорая, дают примерно 10% тепла от всего баланса температур.

Таким образом, основное тепловыделение приходится на углерод, находящийся в твердом остатке угля.

Воздух, подаваемый для горения угля делят на первичный и вторичный.

• Первичный воздух подается через колосники в топочную камеру, где происходит коксование угля.
• А на выходе коксового газа из топочной камеры, для его полного сгорания, требуется подавать вторичный воздух.

Для наиболее эффективного сжигания топлива, необходимо управлять этим процессом, т.е. регулировать интенсивность горения, как угля, так и коксового газа.

Рассмотрим процесс сгорания топлива в реальном котле.

Уголь в котле горит на колоснике, через который поступает воздух за счет тяги дымовой трубы или за счет дымососа, что создает разряжение в камере горения.

Процесс горения контролируется либо вручную или микроконтроллером блока управления котлом (БУК). В зависимости от установленной температуры теплоносителя в котле, БУК отключает дымосос, при её достижении, а при падении температуры он вновь включает дымосос.

Выделяемые в процессе нагрева угля на колоснике пиролизные газы и углерод сгорают в подаваемом воздухе. Они вылетают в виде пламени в камеру сгорания с трубчатыми теплообменниками, отдавая им тепло.

Нагрев теплоносителя происходит при передаче тепла теплообменнику.

Виды передачи тепла:

• электромагнитным излучением пламени, которое облучает теплообменник;
• конвекцией, при прохождении раскаленных дымовых газов при их удалении тягой из котла через трубы теплообменника. В трубах теплообменника, установливают турбуляторы, которые закручивая газы, многократно увеличивают длину пути, время и количество упругих соударений молекул дымовых газов в дымогарных трубах теплообменника, что способствует более эффективному теплообмену;
• по твердому телу, при непосредственном касании раскаленного угля частей теплообменника.

Из всех указанных трех типов передачи тепла наиболее эффективным является электромагнитное излучение пламени, за счет большого градиента температур.

Вторым по значимости идет механизм теплопередачи дымовыми газами, поэтому для поддержания коэффициента полезного действия котла, необходимо содержать части теплообменника чистыми от смол и сажи. 

Площадь контакта раскаленного угля с теплообменником небольшая, поэтому по значимости, этот механизм стоит на последнем месте.

Высокий КПД котла - чистый теплообменик.

1. Чтобы исключить загрязнение теплообменника, на выходе из котла рекомендуется установить трехходовой кран. В межсезонье, когда необходимо снижать температуру теплоносителя в системе отопления до 30-70°С, он позволяет поддерживать температуру теплоносителя в котле выше температуры конденсации смол (85-90°С), чем исключает загрязнение теплообменника и его дальнейшую трудоемкую чистку.
2. С целью исключения конденсации смол и сажи на теплообменнике также рекомендуется подключать дополнительный насос для подмешивания во входной патрубок («обратки»), горячей воды с температурой 90ºС из патрубка выходного. Это позволяет повысить температуру нижней части теплообменника котла.

Вышеперечисленные, решения позволяют исключить загрязнение котла, соответственно избавить пользователя от постоянной его чистки.

При соблюдении данных указаний, теплообменник котла будет чистым, что позволяет держать температуру дымовых газов на рабочих значениях, на уровне 100-150°С. Это повышает эффективность сгорания топлива и КПД котла, снижает стоимость получаемого тепла.

При загрязнении теплообменника резко уменьшается передача тепла теплоносителю, падает КПД котла. Это приводит к повышению температуры дымовых газов до 200-300°С, что указывает на необходимость чистки теплообменника.

Причиной приводящей к загрязнению смолами теплообменника, являются периодические остановки работы котла, его остывание и повторный розжиг, что является нежелательным по этой причине.

Рекомендованная схема подключения отопительного котла.

Информация по теме:

1. Кратко из теории термодинамики (в терминах).
2. Водяное отопление дома. Закрытая и открытая системы.
3. Расчет требуемой мощности водогрейного котла.
4. Способы отопления дома.
5. Какой котёл лучше?
6. Для чего нужен трехходовой кран?
   
7. Что такое КПД твердотопливного котла.
8. Экономное отопление. Что такое энергия, как её считать и экономить.