Котли шахтного типу з нижнім горінням — це теплогенератори, що працюють на твердому паливі. Спалювання матеріалу в таких пристроях відбувається лише в обмеженій області знизу камери завантаження, більша частина палива не горить. Таку назву вони отримали завдяки своїй конструкції, в основі якої дві об’ємні вертикальні камери. Перша служить для закладання палива, у ній протікає нижнє горіння матеріалу з виділенням піролізних газів. У другій камері відбувається допалювання пірогазів, температура тут може сягати $800 \text{°C}$. В області максимального нагріву розміщується теплообмінник, який ефективно збирає тепло і передає його на теплоносій для подальшого прогріву системи опалення.
Що таке нижнє горіння?
Відмінною рисою шахтних котлів тривалого нижнього горіння є обмежений простір спалювання палива. Процес горіння в них не поширюється на всю камеру завантаження. Класичні твердопаливні теплогенератори влаштовані таким чином, що весь матеріал, який потрапив у топку, горить одночасно. А це, зі зрозумілих причин, помітно скорочує термін роботи котла від однієї закладки матеріалу.
Шахтні агрегати спеціально сконструйовані так, щоб у камеру завантаження можна було вмістити великий об’єм палива. Але як під час старту котла, так і протягом усього періоду його роботи, горітиме лише невеликий нижній шар. Решта маси матеріалу в цей час просто знаходиться над палаючим вугіллям і чекає своєї черги на спалювання. Коли паливо знизу повністю прогорить, а залишки просипляться через колосники в зольний ящик, на його місце зверху спуститься нова порція.
В результаті локалізації процесу переробки палива на одній невеликій ділянці з’являється можливість значно подовжити період роботи котла від однієї закладки. Шахтний котел здатний забезпечити набагато більшу тривалість одного повного циклу згоряння матеріалу в камері завантаження, ніж це доступно у класичних твердопаливних теплогенераторів. Для порівняння, дрова у звичайному котлі прогорять за 3–4 години, а в хорошому шахтному агрегаті цей період досягає 12–24 годин.
Що краще: верхнє горіння чи нижнє?
Серед котлів тривалого горіння, що працюють на твердому паливі, є також пристрої, в яких горіння протікає у верхньому шарі. Час активного виробництва тепла в котлі вдається подовжити, як і в шахтних конструкціях, за рахунок локалізації області згоряння палива. Але в даному випадку цей палаючий простір знаходиться нагорі закладки.
Описаний принцип реалізований у циліндричних котлах типу Стропува (Stropuva). Вони виконані у вигляді вертикального циліндра (як витягнута бочка). Через бічне вікно в пристрій закладається паливо, після чого дверцята зачиняються, а закладку зверху притискають плоским металевим диском з отвором посередині. Цей диск називається розподільником тепла, до отвору в центрі кріпиться вертикальна металева труба. Вона служить для подачі повітря і має телескопічну конструкцію, щоб опускатися разом із розподільником вниз у міру прогоряння палива.
Як випливає з опису, горіння протікає у верхньому шарі, який постійно рухається вниз. В результаті такого рішення, з одного боку, гарантується часткове спалювання обмеженої кількості палива, але з іншого — зникає можливість докладання дров під час роботи теплогенератора. Дана особливість призводить до необхідності щоразу чекати, поки весь матеріал у камері завантаження прогорить, і тільки після цього оновлювати закладку.
Для порівняння, у шахтних теплогенераторах з нижнім горінням цієї проблеми немає. У будь-який момент камера завантаження може бути відкрита і заповнена вщент новим паливом. Ця обставина дозволяє експлуатувати систему опалення без перерв і зупинок. У циліндричних конструкціях на період догоряння залишків і розгоряння нової порції палива йде від однієї до двох годин. За такий проміжок часу, при сильних морозах, приватний будинок може швидко охолонути, і перебувати в ньому стане некомфортно.
Другий недолік циліндричних котлів з верхнім горінням — це примітивніша конструкція теплообмінника. Теплоносій по суті нагрівається лише за рахунок прогріву корпусу теплогенератора. Саме всередині його стінок і знаходиться вода, яка циркулює системою опалення. У шахтних котлах, крім стінок, теплознімання здійснюється спеціальним водотрубним теплообмінником. Він встановлений у другій камері на шляху руху димових газів і змушує їх переміщатися складними траєкторіями, щоб димові гази віддавали тепло металевим поверхням максимально ефективно.
Після розгляду особливостей пристроїв, що працюють за принципами нижнього та верхнього горіння, слід окремо сказати про правильний вибір шахтного котла. Його переваги перед агрегатами типу Стропуви не тільки роблять «шахтники» зручнішими в експлуатації, а й забезпечують їм вищий ККД. Тому при виборі теплогенератора тривалого горіння оптимальним рішенням буде придбання саме шахтного котла.
Який котел нижнього горіння краще обрати?
Можна довго розглядати різні моделі від зарубіжних та вітчизняних виробників, але для економії часу перейдемо одразу до найбільш досконалої на сьогоднішній день конструкції. Мова піде про шахтний котел Терміко (Termico). Його принципова перевага перед аналогами в більш високому ККД. Ефективність роботи теплогенератора досягається завдяки рішенню двох важливих проблем, властивих більшості шахтних котлів інших виробників.
Перша складність пов’язана з тим, що в процесі горіння нижнього шару з палива виділяються димові гази. У них містяться піролізні гази, які утворюються під час розкладання тліючого матеріалу. Паливо в нижній частині камери завантаження наполовину горить і наполовину тліє. Саме під час тління і виникає процес піролізу. Він полягає в розкладанні матеріалу внаслідок його нагріву з виділенням піролізних газів.
Більша частина цих газів за спеціальним каналом йде у другу камеру, де інтенсивно згорає при високих температурах. Але якийсь відсоток димових газів піднімається вгору і з часом починає осідати на стінках котла, утворюючи твердий наліт. У шахтних теплогенераторах Терміко спеціально для усунення цієї проблеми була впроваджена система роздільної подачі повітря.
На вході в котел повітря розбивається на два потоки. Основна кількість йде в нижню камеру горіння, під колосники, а також безпосередньо в область спалювання палива. Решта невеликої кількості (в межах 10%) надходить каналами в камеру теплообміну.
Ще одне слабке місце шахтних котлів — це брак повітря в другій камері. Оскільки тут відбувається інтенсивне спалювання піролізних газів, потреба в кисні дуже висока. Не всі пристрої здатні забезпечити якісний приплив свіжого повітря, і продуктивність котла в результаті знижується. У теплогенераторах Termico для усунення цієї труднощі передбачений жароміцний керамічний каталізатор.
Первинна подача — це основний потік повітря, що йде на горіння палива та піролізних газів. А вторинна подача є відгалуженням цього головного потоку. Вона не витрачається на спалювання палива, а проходить під колосниками і рухається далі, потрапляючи каналами біля керамічного каталізатора безпосередньо в нижню частину другої камери. У цьому місці активно горять піролізні гази і завдяки підживленню свіжим повітрям процес протікає максимально ефективно.
Впровадження даних конструктивних рішень ставить котли тривалого нижнього горіння від Терміко на перше місце за продуктивністю. Що стосується довговічності та надійності, то тут також усе на високому рівні. Для захисту металевих поверхонь від постійного контакту з високими температурами в камерах виконано шамотне футерування з жароміцного керамічного матеріалу.
Незважаючи на застосування дорогих матеріалів та високу якість збірки, ціна на котли Терміко порівнянна з цінами на кращі моделі вітчизняних конкурентів. Вартість пристроїв, вироблених за кордоном, у зв’язку з різницею курсів зараз невиправдано висока. Тому шахтний котел Терміко на 2026 рік є оптимальним вибором за співвідношенням ціни та якості.
