Котел попова своими руками чертежи

Содержание

Использование эффекта пиролиза – причина появления нового типа котлов длительного горения. Внешне они схожи с традиционными твердотопливными моделями, за исключением наличия дополнительной камеры сгорания. Один из примеров усовершенствования отопительного оборудования – пиролизный котел Попова, работающий на древесном топливе.

Особенности конструкции, характеристики

Суть пиролиза заключается в разложении органических веществ во время тления, при минимальном доступе кислорода. В результате формируются летучие горючие газы с высоким показателем теплотворности – водород, окись углерода, этилен, метанол. Они же являются основным источником тепла.

Базовая конструкция котла Попова включает в себя такие элементы:

Топливная камера, расположенная в передней части. Загрузка осуществляется через верхний люк, розжиг – через небольшую боковую дверцу. Возможно увеличение объема топлива за счет установки дополнительного блока.
Камера дожига. Она имеет Г-образную форму, вход в нее расположена под топливным отсеком, за колосниками. Основная область горения – в задней части конструкции.
Заслонка, регулирующая объем притока воздуха. Она соединена с механическим термостатом.
Теплообменник. Имеет спиралевидную форму, находится сзади.
Патрубок для подключения дымохода.

Котел Попова в разрезе не отличается сложностью. Его конструкция схожа с традиционными «шахтными» моделями. Инновационные решения – возможность увеличения топливной камеры, спиралевидный теплообменник. В некоторых моделях можно подключить бак косвенного нагрева.

Для контроля процесса горения в конструкции предусмотрены такие компоненты:

Трубы окислителей. Необходимы для контроля притока воздуха в камеру дожига. Регулировка происходит за счет изменения положения нижней заслонки.
Верхний шибер. Ограничивает отвод угарных газов через дымоход.
Шиберы-заглушки. Предназначены для обслуживания оборудования, предотвращают попадание продуктов горения в помещение.

Это основные особенности, которыми обладает твердотопливный котел Попова. Дополнительная информация – зона горения газов сделана из жаропрочной стали толщиной 10 мм. Это влияет на стоимость в сторону повышения, но значительно увеличивает энергоресурс оборудования.

Принцип работы, нюансы настройки

В отличие от стандартных твердотопливных моделей нужно знать, как правильно топить котел Попова. Рекомендуется применять сыпучее топливо – опилки, древесную стружку. Их масса создает требуемое давление на зону пиролиза, плотность не позволяет газу подниматься вверх.

На дно топливной закладки рекомендуется положить поленья диаметром 10-15 см. Высота слоя – до 20 см. Поверх них засыпается мелкофракционное топливо. Эффективное отопление пиролизным котлом возможно по такой схеме.

Загрузка топлива, проверка герметичности верхней крышки.
Розжиг поленьев, нижняя заслонка максимально открыта.
После формирования пламени ограничивают доступ воздуха в топливную камеру.
В процессе сгорания пиролизных газов контролируется температура воды в теплообменнике.

На первом этапе важно обеспечить хорошую тягу. Верхний шибер должен быть открыт полностью. После 20-30 минут работы его можно частично закрыть. Если в котельную попадают продукты сгорания – шибер снова открывают.

Правила монтажа, базовые требования

Корректная установка пиролизного котла Попова начинается с выбора места монтажа. Рекомендуется обустроить котельную, правила изложены в СНиП 42-01-2002. Делают естественную и принудительную вентиляцию, материал отделки стен и пола в зоне установки отопительного оборудования не горюч. Топливо хранится в отдельном помещении.

Дополнительно учитываются специфические требования:

Утепленный дымоход для котла Попова. Причина – температура угарных газов на выходе низкая – до +140°С. Это становится причиной появления конденсата и его стекания в камеру дожига. Рекомендуется использовать сэндвич-дымоходы, между оцинкованными стенками которых установлена базальтовая вата.
Длина дымохода – от 4 м. Это нужно для формирования тяги.
Обслуживание. Требуется периодическая чистка теплообменника, удаление сажи с внутренней поверхности зоны сгорания газов. Дверцы расположены в задней части корпуса. Доступ к ним должен быть свободным.

При подключении бака косвенного нагрева длина магистралей минимальная. Это снизит тепловые потери при транспортировке теплоносителя.

Трудности самостоятельного изготовления

Высокая стоимость отопительного оборудования один из отрицательных факторов. Можно попытаться сделать котел попова длительного горения своими руками – чертежи и порядок сборки частично есть в Сети. На практике это проблематично – нет точных схем с размерами компонентов оборудования. Известно лишь марка и толщина используемой стали.

В процессе проектирования и изготовления можно столкнуться со следующим проблемами:

Из-за высокой температуры пиролизных газов стенки камеры дожига делают из огнеупорной стали толщиной 10 мм. Сварить подобную конструкцию в домашних условиях с обеспечением герметичности сложно.
Размеры канала для отвода газов относительно объема топливного блока. Они напрямую влияют на мощность, но правильное соотношение знает только разработчик оборудования.
Змеевидный теплообменник. Для его изготовления требуется согнуть стальные трубы, что может привести к утончению стенок. При длительном температурном воздействии это станет причиной разгерметизации.

Для самостоятельного изготовления можно рассмотреть альтернативные варианты пиролизных котлов. В качестве примера часто используют схему модели НЕУС-Т. Она характеризуется простотой сборки, наличием турбины для контроля подачи воздуха.

ТЭУ (термохимические энергоустановки) «Котлы Попова» представляют собой оборудование для нагрева теплоносителя – водяного или воздушного.

Нагрев происходит благодаря термохимическим процессам преобразования твёрдого топлива в газообразное состояние с последующим сжиганием этих газов.

Это оборудование применяется для отопления в аварийных ситуациях и в отопительных системах помещений различных размеров и назначения – жилых комнат, саун, бань, парников, теплиц, для просушки сельскохозяйственной продукции и пиломатериалов.

Котёл Попова может работать как газовый, угольный, дровяной аппарат, а также как устройство-утилизатор отходов.

Принцип работы

В основе работы этого отопительного оборудования лежит принцип пиролиза (термического разложения) твёрдого топлива.

В процессе сгорания топлива, при условии ограниченного доступа воздуха, образуются горючие компоненты, имеющие высокую теплотворную способность. Это метан, метанол, водород, этилен, оксид углерода, пиролизная смола. Процесс разложения твёрдого топлива происходит в диапазоне температур 200-350 0 С. Летучие продукты пиролиза переправляются в камеру дожига, в которой при достаточном количестве кислорода происходит их полное сжигание с выделением значительного количества тепла. Через теплообменные поверхности тепло передаётся теплоносителю.

Внимание! Получение дополнительной тепловой энергии и продлённый во времени процесс горения увеличивают длительность горения на одной закладке.

Котельная на основе ТЭУ не нуждается в дымососах, поскольку для отведения продуктов сгорания достаточно тяги, которая обеспечивается правильно устроенной дымовой трубой.

Пиролизный котёл Попова с механической регулировкой теплоносителя не зависит от электропитания. Он может поддерживать требуемую температуру с точностью до полуградуса. Топливо закладывается в установку один-два раза в сутки, что определяется объёмом загрузочной камеры.

Внимание! Из-за отсутствия в отводимых газах углерода и смол дымоходные трубы сохраняют гладкую поверхность, что предохраняет их от накопления сажи. Чистку теплогенератора может осуществлять любой разнорабочий в сочетании с выполнением других работ.

Золу можно убирать из агрегата даже во время работы, причём полностью её удалять не требуется. Вокруг больших труб окислителей специально оставляют золу слоем толщиной 5-50 мм, служащую катализатором термохимических процессов.

Работу отопительной установки Попова в любой момент можно остановить с помощью регулирующей системы.

Конструкция пиролизного котла Попова

Отопительный агрегат Попова состоит из двух камер: нижней – пиролизной и верхней – камеры дожига пиролизных газов.

Камера дожига состоит из двух разделённых горизонтальной перегородкой секций. Агрегат оснащён тремя регуляторами:

Малые трубы окислителей, находящиеся под дверцей, регулируют мощность отопительной установки с помощью изменения подачи кислорода в пиролизную камеру.
Верхний шибер, находящийся на верхнем патрубке теплогенератора, предназначен для регулирования характеристик работы агрегата изменением скорости выведения дымовых газов.
По центру спереди установки расположен шибер, который не допускает попадания дымовых газов в помещение.

Над камерой горения располагается блок поступления вторичного воздуха для дожига пиролизных газов. Блок содержит завихрители, которые равномерно распределяют подогретый воздух по всему объёму камеры.

В процессе движения дымовых газов к выходу происходит их интенсивный теплообмен с теплоносителем, что даёт возможность снизить температуру продуктов сгорания до 140 0 С.

Внимание! Для снижения теплопотерь агрегата служат водяная рубашка и наружный теплоизоляционный слой.

Необходимая для работы ТЭУ тяга обеспечивается дымовой трубой, длина которой не менее 7 м. При этом, горизонтальный участок не должен превышать одного метра. Верхняя точка дымохода должна находиться выше козырька крыши хотя бы на 300 мм, что позволит избежать задувания дымовых газов в помещение. Дымоотводящая труба по всему участку, контактирующему с внешней средой, должна быть утеплена. Для чистки дымохода внизу предусматривают отверстие с дверцей.

Если к системе подключен бак-накопитель для воды, то желательна установка трёхходового клапана. Это позволит теплоносителю двигаться по малому кругу через накопительную ёмкость, что повышает температуру теплоносителя на входе обратной трубы в агрегат. Повышение температуры теплоносителя в обратном трубопроводе позволяет продлить срок службы отопительной установки.

В качестве энергоносителя для этого отопительного оборудования могут использоваться все виды твёрдого органического топлива, влажность которого не превышает 65%, в том числе, все типы угля и торфа. Выпускаются также модификации с газовыми горелками, обеспечивающими работу с магистральным или сжиженным газом.

Отзывы о котле Попова самые разнообразные — и положительные, и отрицательные. Поэтому перед приобретением такого оборудования или его самостоятельного изготовления по чертежам целесообразно проконсультироваться у пользователей этого агрегата. Представители официального изготовителя ТЭУ «Котлы Попова» ООО НПП «Ультразвук» утверждают, что на рынке отопительного оборудования могут появляться подделки, которые не способны обеспечивать заявленные характеристики.

Пиролизные котлы давно завоевали популярность у владельцев частных домов — по значению КПД они приближаются к газовому оборудованию, при этом могут быть установлены даже в любом доме и не зависят от наличия газа и электричества. Пиролизный котел можно сделать самостоятельно, сэкономив немало денег.

Отличия и преимущества

В обычных дровяных котлах и печах с водяным отоплением древесина сгорает довольно быстро, и одной загрузки дров хватает на 3-4 часа. Отопительное оборудование при этом требует постоянного внимания, ведь если огонь в топке потухнет, то теплоноситель остынет, и в доме станет холодно. Эта особенность твердотопливных котлов часто вынуждает домовладельцев устанавливать дополнительный электрообогрев или устанавливать котел длительного горения.

Котлы пиролизного типа, отличаются длительным временем работы на одной загрузке. Они могут использовать в качестве топлива дрова или пеллеты — прессованные отходы деревообработки. Длительность работы таких моделей обусловлена особым режимом работы, основанном на пиролизе.

Видео: принцип работы котла

Пиролиз — что это такое, и как его используют в котлах

Процесс горения древесины достаточно сложен. Она состоит из волокон целлюлозы, скрепленных связующим веществом — лизином. При нагреве эти связи разрушаются, и начинается выделение газа, а древесные волокна начинают темнеть и обугливаться. Газ, называемый пиролизным, содержит горючие элементы, в том числе водород. Нагреваясь от горячей поверхности тлеющего полена, он воспламеняется и образует яркий огонь.

Повышенное содержание кислорода в зоне горения увеличивает размер пламени. Это можно заметить при открывании топочной дверки — дрова сразу начинают гореть ярче. Сгорание пиролизных газов сопровождается активным выделением тепла, от чего тление дров усиливается, и очень скоро они сгорают до углей. Пламя при этом может достигать высоты более метра, при этом греется не только печь, но и дымоход, а горячие, не до конца прогоревшие газы с высоким содержанием сажи выходят в трубу.

Конструкция пиролизного котла позволяет сжигать дымовые газы в отдельной зоне дожига. При этом дрова в зоне газогенерации тлеют долго и равномерно, с постоянной температурой. Чтобы избежать активного горения топлива, поступление воздуха в загрузочную камеру ограничивают с помощью заслонки. К зоне дожигания газов воздух, напротив, нагнетают, иногда с помощью вентилятора, но чаще — с использованием естественной тяги.

Конструкция

Внешне котел пиролизного типа не сильно отличается от твердотопливного аналога. В корпусе из стали или чугуна расположена топка, оснащенная дверкой или люком для загрузки топлива. Топка может быть разделена на камеры газогенерации и дожига с помощью перегородок, но иногда деление условное, и процессы происходят в разных зонах топки.

Для чистки от золы в нижней части камеры загрузки топлива расположен колосник, а ниже — зольник с дверцей или ящиком для сбора золы. Отдельной дверцей для прочистки оснащается также зона дожига, так как в ней часто образуется сажа, и требуется ее прочистка.

Рядом с топкой расположен теплообменник, по которому циркулирует выбранный для системы отопления теплоноситель: антифриз, тосол или специально подготовленная вода. Он оснащен двумя штуцерами для подключения труб отопительного контура.

Для отвода дыма предназначен подключаемый к дымоходу патрубок, подсоединенный к топке в зоне дожига. Он может быть оснащен датчиками температуры и шибером для регулирования тяги.

Уровень автоматизации котла зависит от модели, при этом стоит отметить, что котлы с регулированием процесса горения энергозависимы, их установка возможна только при наличии бесперебойного электроснабжения.

Видео: конструкция пиролизного котла

Достоинства и недостатки

Несомненное преимущество, благодаря которому пиролизные котлы по удобству использования приближаются к газовым — это эффективность и высокий КПД. Но этим перечень достоинств котла не ограничивается, их отличают также:

длительная работа на одной загрузке топливника — до 48 часов в мощных моделях, до 18 часов — в бытовых;

доступность и разнообразие потребляемого топлива — пиролизные котлы могут работать также на пеллетах, брикетах, стружке и обрезках досок, а некоторые модели даже на опиле;

котлы имеют компактные размеры, для их установки достаточно небольшого отдельного помещения;

температура дыма на выходе из котла невысока, максимум 200 градусов в режиме растопки, что позволяет использовать недорогой и удобный в сборке металлический сэндвич-дымоход;

дым содержит незначительное количество сажи, не загрязняет атмосферу и кровельное покрытие;

современные модели оснащены автоматическим регулятором тяги, позволяющим установить режим отопления и не тратить время на регулирование режима;

срок использования котла — от 15 лет.

Недостатки котлов пиролизного типа:

требовательны к влажности используемой древесины, она не должна превышать 20 процентов;
требуют правильного монтажа отопительного контура, о чем будет рассказано ниже;
покупные котлы, особенно чугунные модели, довольно дорогие, по цене сравнимы с газовым оборудованием.

Как можно заметить, все недостатки пиролизных котлов устранимы за счет правильной эксплуатации. А уменьшить стоимость отопительного оборудования можно, сделав самодельный котел — это вполне реально, если провести расчет тепловой мощности, а также найти готовые чертежи или сделать их своими руками по эскизам опробованных моделей.

Чертежи и описание

Предлагаемый для сборки самодельный котел, представленный на чертеже, выполнен своими руками по типу пиролизного котла верхнего горения с принудительным наддувом воздуха в камеру сгорания.

Принцип его действия таков:

в топливник через дверку, расположенную в верхней части корпуса, закладывают разовую порцию топлива и разжигают их сверху;
вентилятор-дымосос, установленный в верхней части корпуса, направляет выделяющийся при горении дым в камеру дожигания;
там происходит окончательное догорание газов и содержащихся в них горючих включений;
дым отводится через дымовой патрубок, расположенный в задней части котла, в дымоход;
зола, образующаяся при топке, через колосниковую решетку попадает в зольник, который находится ниже топочной камеры;
топку окружает водяная рубашка, играющая роль теплообменника и термоизоляции стенок котла;
вода в теплообменник поступает через нижний штуцер, расположенный в задней части котла, а отводится в систему — через верхний;
на верхней плоскости котла расположен контроллер, позволяющий регулировать режим, а внутри теплообменника — температурный датчик.

На чертеже представлены размеры котла и обозначения его конструктивных частей. Часть размеров обозначена буквенным кодом — их уточняют по таблице и выбирают по желаемой мощности котла. Эти размеры определены тепловым расчетом, от них зависит правильная и бесперебойная его работа.

Материалы и инструмент, необходимые для сборки

Корпус котла делают своими руками из листовой стали и металлических труб с помощью сварки. Поэтому перед его изготовлением необходимо подготовить:

сварочный инвертор, электроды;

болгарка с отрезными и шлифовальными кругами;

дрель с набором сверл по металлу;

электролобзик.

Материалы и их примерное количество:

3 листа стали стандартного размера 1250х2500 мм, толщина 4-5 мм, лучше холодный прокат — его меньше ведет при скачках температуры;
2 листа оцинкованной стали 1250х2500 мм, толщина 1,5-2 мм;
металлическая труба Ø32 мм, толщина стенок 3,2 мм;
металлические трубы Ø57 мм, толщина стенок 3,5 мм;
металлическая труба Ø159 мм, толщина стенок 4,5 м, общая длина 0,5 м;
профильная труба двух сортотипов: 60х30х2 и 80х40х2;
фурнитуру для дверок — ручки, задвижки;
метизы;
шамотный кирпич для футеровки топки;
асбестовый шнур для термоизоляции дверцы.

Точное количество материала необходимо уточнить по рабочим чертежам. Кроме этого, необходимо подготовить дымосос — вентилятор необходимой мощности, термодатчик, контроллер и источник бесперебойного питания на

220 В. Мощность вентилятора определяется с помощью расчета.

Для уменьшения веса котла для внешних стенок теплообменника можно взять сталь толщиной 2 мм. Они нагреваются меньше, чем до 100 градусов, поэтому не подвержены деформации.

Технология сборки

Последовательность операций может быть различной, но опыт мастеров показывает, что сборку котла своими руками лучше проводить так:

По приведенному базовому чертежу выполняют рабочий, с размерами, уточненными по таблице и расчету.

Из листов металла и труб болгаркой вырезают заготовки для сборки агрегата. Отверстия для труб и штуцеров выполняют с помощью дрели и электролобзика или плазмореза — второй вариант предпочтительнее, так как позволяет сделать идеально ровный срез.

Сваривают топочную камеру из металла 4-5 мм толщиной. Вваривают перегородку, образующую дымооборот в задней части топки. Между загрузочной камерой и зоной дожига из уголка или стальной полосы делают опору для колосника. Колосник лучше устанавливать чугунный — он прослужит дольше, а при деформации или прогорании можно легко его снять и заменить.

К камере в верхней его части приваривают дымовой патрубок и трубу с заслонкой для подачи воздуха. На выходе предусматривают посадочные места для дымососа.

Выполняют проемы для дверок топочной и зольной камеры из обрезков металла.

Наваривают перемычки, которые будут соединять внутреннюю и внешнюю стенки теплообменника и компенсировать перепады давления. Их можно сделать из стальной полосы. Перемычки должны располагаться вертикально, чтобы не мешать естественной циркуляции теплоносителя.

Постепенно приваривают внешние стенки теплобменника, соединяя их с перемычками. В отверстия на задней стенке котла приваривают штуцера для подачи воды в систему.

Делают из листового металла дверцы. Их выполняют двойными со слоем теплоизоляции — асбестовой тканью. Дверки крепят к котлу на петли или продумывают другой тип крепления.

Топку в зоне дожига футеруют шамотным кирпичом в четверть кирпича на жаропрочный раствор.

К котлу приваривают или крепят на болты регулируемые ножки, позволяющие выставить его строго горизонтально.

Корпус шлифуют, удаляют окалину, после чего своими руками покрывают его жаропрочной краской из баллона.

Устанавливают дымосос между дымовым патрубком и дымоходом, подключают его к сети.

На верхней части котла устанавливают контроллер, а датчик размещают в теплообменнике рядом с выходным штуцером.

На этом сборка котла закончена, и можно подключать его к системе отопления и приступать к наладке.

Подключение котла к отопительному контуру

Котлы длительного горения, сделанные своими руками, могут работать в системах с естественной или принудительной циркуляцией — их конструкция достаточно надежна. Системы с естественной циркуляцией монтируются с соблюдением угла наклона труб, с принудительной — с подключением циркуляционного насоса нужной мощности, которая определяется расчетом.

Из-за склонности к низкотемпературной коррозии теплообменника рекомендуется обязательно контролировать температуру воды на входном штуцере. Она не должна опускаться ниже 60 градусов Цельсия. Для того, чтобы поддержать ее в этих пределах, между прямой и обратной трубой делают перемычку, с помощью которой обратку разбавляют горячей водой до нужной температуры.

Наладка и включение

Перед включением котла в работу необходимо заполнить систему теплоносителем. Наладка заключается в выборе режима подачи воздуха в камеру дожига, тем самым регулируется интенсивность горения газов и температура в топке.

Косвенно можно определить оптимальность режима работы по дыму, выходящему из трубы: если он не имеет резкого запаха и серого оттенка, значит, топливо сгорает полностью, и режим выбран правильно.

Первые несколько дней самодельный котел работает в режиме тестирования. В это время лучше не оставлять его без присмотра и использовать только качественное топливо, а камеру загружать на 2/3 загрузки. После тестирования котел можно запускать на полную мощность и наслаждаться теплом в доме.