Класичний твердопаливний котел дозволяє використовувати різноманітні види палива: дрова, вугілля, пресовану вугільну крихту, відходи деревообробки та спеціальні гранули — пелети. Суттєвими мінусами, притаманними таким агрегатам, є інтенсивне горіння, що вагомо скорочує час використання однієї закладки, та викид у димохід значної кількості недовикористаного тепла. А це, своєю чергою, значно знижує ККД.
Особливості процесів горіння котлів шахтного типу
Котел Кірша — це твердопаливний котел шахтного типу тривалого горіння. Особливістю конструкції агрегату є наявність двох камер згоряння. У першій відбувається горіння (тління) палива. У другій — екзотермічна реакція допалювання газів, що виділяються під час термічного розкладання сировини. Кількість виділених газів тим більша, чим вища нестача кисню. Тепло, що виробляється у другій камері, створює температури, які перевищують 800–1000 °C, що дозволяє активно нагрівати водяну сорочку котла та теплообмінники, розташовані всередині. Продукти згоряння видаляються в димохід. Це стисло. А тепер варто розглянути ці процеси детальніше.
Спосіб завантаження
Одна з особливостей цієї конструкції — завантаження палива зверху в основну шахту. Процес горіння вихідної сировини відбувається на колосниках у нижній частині в порівняно малому шарі, товщина якого становить близько 20–25 см. У міру згоряння маса палива опускається вниз. Таким чином, процес горіння є безперервним. Спосіб закладання палива зверху дає можливість додаткового завантаження сировини під час горіння, що важливо для зручності експлуатації.
Піролізні гази
У процесі горіння з палива виділяється газ. У цей процес газоутворення залучається шар, що знаходиться над основним. Його товщина також становить від 20 до 25 см. Залежно від об’єму присутнього кисню його кількість буде більшою або меншою. Цей так званий піролізний газ має ту особливість, що при допалюванні з додатково поданим повітрям він виділяє велику кількість тепла.
Власне, піролізне та звичайне горіння сировини — близькі процеси. Різниця в тому, що звичайне горіння здійснюється в одному об’ємі — відбувається спалювання і палива, і газу, що виділився в процесі нагрівання, а піролізне — у різних камерах, що істотно підвищує вихід тепла та ККД.
Стосовно котлів тривалого горіння: у підколосниковий простір подається повітря, що розділяється на два потоки:
-
Менша частина (близько 20 %) бере участь у процесі горіння (тління).
-
Більша частина (близько 80 %) проходить під колосниками у другу камеру.
Це вторинне повітря, нагріваючись від тепла колосників, вступає в реакцію горіння димових газів із першої камери. Горіння відбувається над каталізатором із високотемпературного матеріалу (як правило, шамотної цегли з наявними в ній каналами). Ці обидві камери розділені в нижній частині невеликою газовою щілиною, через яку внаслідок тяги надходять димові гази з камери горіння та вторинне повітря з-під колосникового простору.
Особливості процесу горіння в камері допалювання
Вихідні умови горіння такі, що котел працює з деяким недопалом, і повноцінного окиснення не відбувається — замість вуглекислого газу ($CO_2$) утворюється багато чадного газу ($CO$). Вторинне повітря, нагрівшись під чавунними колосниками, на яких тліє паливо, надходить під зварну частину колосників у другій камері («горбик»). При проходженні через численні отвори каталізатора створюється надлишок повітря, що піднімає температуру горіння димових газів до тисячі градусів. Відбувається реакція перетворення $CO$ на $CO_2$. Далі продукти згоряння піднімаються вгору та обтікають теплообмінник, віддаючи тепло, після чого спрямовуються в димохід.
Контрольоване горіння
Важливою умовою організації процесу горіння та відбору тепла є налаштування подачі повітря. Вона можлива трьома способами:
-
За допомогою регулювання кута нахилу заслінки на піддувальних дверцятах.
-
Примусовим наддувом.
-
Шляхом встановлення димососа на димовий патрубок котла.
Механічне регулювання тяги
У першому випадку заслінка відкривається як вручну, так і механічно. Принцип дії полягає в тому, що залежно від температури теплоносія заслінка подачі повітря відкривається або закривається. Регулятор, розташований у спеціальній занурювальній гільзі, кріпиться в певне місце корпусу так, щоб здійснювався контакт із теплоносієм. Термочутливий елемент реагує на температуру води і, змінюючись в об’ємі, діє на шток. До штока та важеля заслінки приєднано ланцюжок. Послаблюючи або натягуючи ланцюжок, важіль змінює кут нахилу заслінки і, відповідно, кількість повітря, що надходить.
Примусовий наддув
Примусова подача повітря потрібна:
-
у період розпалювання;
-
у разі використання неякісного палива;
-
при використанні сировини з низьким вмістом летких речовин (вугілля, кокс);
-
у разі прискореного запуску котла для швидкого прогрівання приміщень.
Вентилятор дозволяє виключити вплив поганої тяги та погодних коливань. Регулювання здійснюється спеціальною автоматикою. Кероване спалювання палива дає можливість економити його кількість, отримуючи при цьому вищу тепловіддачу.
Використання димососа
Димосос також є вентилятором, але захищеним від високих температур та летких включень. Димосос, на відміну від вентилятора наддуву, створює не підвищений тиск, а розрідження топки величиною 20–25 Па.
Він дозволяє керувати процесом горіння та виключає можливість задимлення приміщення під час дозавантаження палива. Використання димососа усуває проблеми, пов’язані з недоліками димоходів. Оскільки розрідження створюється у всьому газоповітряному тракті, саме димосос захищає від зайвого диму при відкритих дверцятах камери згоряння, а також від витоку токсичного чадного газу, який не має ні кольору, ні запаху.
Переваги моделей котлів Кірша
Незаперечними перевагами твердопаливних котлів тривалого горіння з верхнім завантаженням є невибагливість до палива. Для цих моделей підходять:
-
дрова з вологістю до 40 %;
-
вугілля різного складу;
-
відходи сільгоспвиробництва;
-
брикети;
-
пелети з будь-якої сировини.
Спосіб нижнього горіння та спалювання у двох послідовних камерах дозволяють використовувати паливо з такими високими показниками вологості, які є неприпустимими для піролізних котлів і значно знижують ККД у звичайних твердопаливних агрегатах.
Чому Termico
Модифікацією та випуском удосконалених котлів тривалого горіння займається компанія Termico. Продукція має паспорти та всі дозвільні документи, що робить її використання не лише ефективним, а й безпечним.
Рівень обладнання підтверджується впровадженням сучасних інженерних рішень. Серед останніх розробок варто відзначити зміну форми теплообмінника: замість поличкової конструкції використовуються горизонтальні суцільнотягнуті труби, що дозволяє отримати ще більший ефект знімання тепла.
Випускаються модифікації у трьох типах виконання:
-
Енергонезалежні з механічним регулюванням тяги.
-
З нагнітальним вентилятором та блоком управління.
-
З димососом та автоматикою.
Усі агрегати оновлених моделей пройшли випробування в сертифікованій лабораторії та мають протоколи, що підтверджують заявлені показники ККД і температур вихідних газів. Задокументовано низьку витрату палива та норми викидів в атмосферу. Показовим є включення котлів серії Termico КДГ у програму Європейського банку реконструкції та розвитку IQ Energy.
