С. Зотов - Твердотопливный котел в вашем доме

Тело котла представляет собой теплообменник, составленный из нескольких литых чугунных секций, которые соединяются друг с другом при помощи металлических втулок – ниппелей. Чем больше секций – тем больше номинальная мощность котла. В полость внутри теплообменника, называемую камерой сгорания, загружается топливо. При его сгорании образуются дымовые газы, которые, обтекая ребра теплообменника, отдают свое тепло циркулирующей внутри секций воде. Зола, остающаяся после прогорания топлива, просыпается через отверстия в днище камеры сгорания и попадает в специальный лоток, чтобы быть потом удаленной из котла.

Процесс горения требует доступа в камеру сгорания достаточного количества воздуха.

Следует отметить, что такая конструкция применяется в котлостроении уже лет, наверное, сто, за это время появилось множество новых материалов и технологий, однако серый чугун, из которого отливаются секции теплообменника, по-прежнему привлекателен благодаря сочетанию приличной теплопроводности с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Спрашивается, зачем же котлу коррозионная стойкость, ведь в качестве теплоносителя в нем циркулирует вода или химически инертный антифриз? Ну вода-то тоже не совсем безопасна для металла, особенно когда в ней растворен кислород, а это – обычное явление в так называемых открытых системах отопления. Но куда большая угроза исходит от дымовых газов, которые даже в идеальном случае состоят из двух компонентов угольной кислоты – Н 2О и СО 2. Для котла совсем не страшно, если оба компонента находятся в газовой фазе, но стоит воде перейти в жидкую фазу, как в ней растворяется углекислый газ – и кислота готова.

Рис. 1. Чугунный секционный котел Sime Solida

Условия для конденсации влаги из дымовых газов возникают, когда температура поверхности, соприкасающейся с дымовыми газами, оказывается ниже т. н. точки росы. Температура «точки росы» при сжигании различных видов топлива различна – для угля, например, она равна 65 °С. Таким образом, конденсация в котле будет происходить всякий раз, когда он растапливается из холодного состояния, или когда в него возвращается слишком холодная вода из системы отопления.

Заметим, что хоть чугунные котлы и не так сильно подвержены коррозии, как стальные, тем не менее, производители таких котлов обычно рекомендуют принимать меры против попадания в котел из обратной линии воды с температурой ниже «точки росы». Помимо желания минимизировать конденсацию в котле и дымоходе, это требование связано с особой чувствительностью чугунных котлов к резким перепадам температур. Напряжения в металле возникают во время работы котла всегда, поскольку разные зоны котла имеют разную температуру. Однако если разница температур превышает некий порог, температурные напряжения в силу высокой хрупкости чугуна могут привести к появлению в нем трещин и выходу котла из строя.

Рис. 2. Внутреннее устройство чугунного котла

В этой связи вспоминается случай, когда владелец котла должен был срочно уехать и боялся оставить без присмотра разожженный котел, в котором топливо еще не прогорело. Желая быстро остановить процесс горения, человек плеснул в топку воды, котел треснул и стал впоследствии протекать – пришлось его менять. (Между прочим, чугунные секционные котлы можно ремонтировать путем замены треснувших секций на новые, однако стоимость такого ремонта может оказаться сравнимой со стоимостью нового котла).

Процесс горения требует доступа в камеру сгорания достаточного количества воздуха. Чем больше воздуха поступает – тем интенсивнее процесс, тем больше выделяется тепла. На скорость же поступления воздуха в камеру влияют: пропускная способность канала для подачи воздуха и тяга, т. е. разность давлений в котле и снаружи. В свою очередь, тяга зависит от температуры дымовых газов, выходящих из котла и высоты дымохода, а также пропускной способности последнего. Таким образом, у нас есть два механизма регулирования интенсивности горения и следовательно производительности котла: воздушная заслонка изменяет доступ воздуха в камеру сгорания, а заслонка дымохода изменяет пропускную способность дымохода и тягу в котле.

К сожалению, это регулирование может происходить в достаточно ограниченных пределах: интенсивность горения не может увеличиваться бесконечно, пока доставка воздуха для горения обеспечивается за счет естественной тяги. Кроме того, теплообменник может передать котловой воде ограниченное количество тепла дымовых газов, и при слишком интенсивном горении часть тепла улетит в трубу. Максимально возможное количество отбираемого тепла в единицу времени и есть номинальная мощность котла. Чем больше секций, из которых состоит котел, тем больше поверхность его теплообменника, тем выше его номинальная мощность.

Воздушная заслонка всегда снабжена регулировочным винтом, препятствующим ее полному закрытию.

Так, например, уже упоминавшаяся итальянская фабрика Sime производит котлы, состоящие из от трех до восьми секций и соответственно шести значений номинальной мощности от 16 до 40 кВт. Отметим, как правило, котел для угля и котел для дров – это разные модификации котла. При одинаковом количестве секций дровяной котел отличается от угольного конфигурацией топки – чтобы в нее можно было закладывать большие поленья – а также более низким значением номинальной мощности и КПД.

Итак, мощность котла ограничена сверху возможностями теплообменника передавать тепло при приемлемом КПД. Есть ограничение и снизу – оно обусловлено опасностью образования угарного газа (CO), когда горение происходит при недостатке воздуха. Поэтому воздушная заслонка всегда снабжена регулировочным винтом, препятствующим ее полному закрытию – производитель рекомендует выставлять минимальный зазор, обозначенный в технической документации. Минимальная мощность котла, если указывается в сопроводительной документации, обычно составляет около 50 % от номинальной. В принципе, котел может выдавать и меньшую мощность, однако работа в таком режиме производителем не приветствуется из-за опасности образования угарного газа и осаждения на поверхностях теплообменника дегтя, сильно затрудняющего чистку котла.

Регулирование мощности котла естественного горения в рекомендованном изготовителем интервале происходит следующим образом: в верхней части котла, где температура котловой воды наиболее высока, в нее погружен термомеханический элемент, поворачивающий, в зависимости от температуры, на тот или иной угол рычаг на ручке регулятора. Рычаг связан цепью с воздушной заслонкой и, поворачиваясь, приоткрывает либо призакрывает ее, в зависимости от того, меньше или больше температура в котле по сравнению с той, которая установлена на регуляторе. Температура, как и давление воды в котле, ограничены из соображений безопасности – соответственно 95 °С и 4 бара (приблизительно 4 атм.). Чтобы вы всегда могли удостовериться, что предельные значения температуры и давления не превышаются, а регулятор настроен правильно, котел снабжен термоманометром – на одной части циферблата стрелка показывает температуру, на другой части другая стрелка – давление.

Читать дальше