Твердотопливный котел своими руками

Несмотря на кажущуюся сложность, изготовление твердотопливного котла своими руками — вполне осуществимый проект, который может снизить затраты на приобретение оборудования почти вдвое. Необходимо правильно подобрать тип оборудования, спроектировать и выполнить все необходимые нюансы, связанные с производственным процессом.

При соблюдении рекомендаций можно получить котел практически с теми же теплотехническими параметрами, что и модель заводской сборки.

Выбираем тип изготавливаемого котла

Практически все бытовые твердотопливные котлы отопления для частных домов являются просто хорошей копией оборудования, которое выпускается на заводах отечественных и зарубежных производителей. Хотя полностью воспроизвести технологический процесс без специализированного оборудования невозможно, в производстве используются схемы и чертежи готовых моделей.

При выборе типа котла важно обратить внимание на КПД, требования к качеству топлива и другие характеристики. Все популярные конструкции, делятся на два типа, по характеристикам расположения топочной камеры.

Шахтный с вертикальной загрузкой

Эта конструкция впервые была использована в котлах длительного горения отечественных производителей. В конструкции горного оборудования присутствуют следующие характеристики:

• Используется принцип донного горения. В конструкции предусмотрены две дверцы: дверца топки и дверца обжига.
• Топливо загружается в вертикальную камеру печи. Размеры очага рассчитаны таким образом, чтобы поленья падали по мере прогорания нижнего слоя.
• Воздух вдувается одновременно с двух сторон. Первый поток воздуха идет от верхней части камеры сгорания вниз; второй — под колосниковой решеткой и в направлении встроенного дымохода.

Шахтный твердотопливный котел работает по принципу непрерывного горения, с использованием газогенерации или пиролиза. Производство котлов этого типа трудоемко и требует тщательных тепловых расчетов. На выходе котел имеет КПД около 88%, неприхотлив к качеству дров (допускается влажность до 42%).

Горизонтальный с боковой загрузкой

Конструкция с боковой загрузкой является классической и наиболее распространенным выбором для самодельного твердотопливного котла. Внутри эта модель напоминает обычную дровяную плиту.

Самодельный твердотопливный отопительный котел с циркуляцией воды, использующий боковую загрузку, имеет следующие характеристики:

• Вместительная камера сгорания — объем камеры сгорания рассчитан таким образом, чтобы котел мог работать от одной загрузки, в течение 4 часов.
• Камера сгорания должна быть отделена от зольного ящика решеткой. Металлические или чугунные колосники используются в котлах, работающих на угле. Дверца зольного ящика используется для регулирования интенсивности горения. Открывая и закрывая его, можно изменять параметры тяги.
• Система дымоудаления — в зависимости от используемого принципа сгорания делается прямой или ломаный дымоход.

Котлы с боковой загрузкой и горизонтальной камерой сгорания имеют простую конструкцию, которая лучше всего подходит для самостоятельного строительства.

Определяем тип горения топлива

Время горения топлива в бытовом твердотопливном котле зависит от выбранной конструкции прибора. Принято различать два основных используемых принципа работы:

1. Классическое сгорание.
2. Длительное горение.

При наличии соответствующих инженерных навыков можно создать устройство, способное работать от одного заряда в течение нескольких дней.

Обычное классическое горение

Изготовление твердотопливного котла классического горения своими руками характеризуется простотой. Конструкция напоминает ту, что используется в дровяных плитах, и состоит из следующих частей:

• Камера плиты.
• Пепельница.
• Система дымоудаления.
• Теплообменник.

В бойлерах в качестве водяного контура часто используется обычный змеевик. Особенностями внутреннего устройства классических твердотопливных котлов являются:

• Скорость сгорания — от одной загрузки котел продолжает работать до 4 часов.
• Эффективность — классические модели неэффективны. Во время работы почти четверть вырабатываемого тепла просто уходит в дымоход.
• Вид топлива — в классических котлах можно использовать любой вид твердого топлива: уголь, дрова, брикеты и т.д. Допускается использование древесины с более высоким содержанием влаги.

Производственные затраты на классический твердотопливный котел в два раза меньше, чем на пиролизный котел.

Длительное горение с пиролизом

Сделать твердотопливный котел длительного горения можно своими руками, но для этого необходимо произвести грамотный тепловой расчет и выбрать подходящий чертеж. Процесс пиролиза невозможен без двух компонентов:

• Высокая температура горения.
• Ограниченная подача воздуха.

Для обеспечения необходимых условий установлен механический регулятор горения, а камера сгорания выложена огнеупорным кирпичом для снижения теплопотерь. Подробные рекомендации по производству можно найти в статье «Изготовление пиролизного котла своими руками» на сайте.

КПД пиролизного котла заводского изготовления достигает 92%. При съемке селфи эффективность немного ниже — 86-88%.

Из какого металла лучше сделать котел

От выбора металла, зависит время работы котла. Во время производства на заводе предъявляются строгие требования к типу материала, используемого для различных частей котла. Строгие требования предъявляются к составу металла, толщине стали и другим характеристикам.

Материал, из которого изготовлено само устройство, должен соответствовать аналогичным стандартам. Выбор основывается на эксплуатационных характеристиках, тепловом и механическом воздействии и многих других аспектах. В производстве котлов используются сталь и чугун.

Чугун

Чугун обладает хорошими теплотехническими свойствами: он устойчив к перегреву и горению и долго сохраняет тепло. Срок службы котла из этого металла составляет не менее 25 лет. Недостатками чугуна являются его восприимчивость к гидравлическим и механическим ударам, растрескивание нагретой поверхности при быстром охлаждении.

Изготовить котел из чугуна в домашних условиях невозможно. Теплообменник и другие части котла изготавливаются методом литья в плавильных печах. Нереально создать такие условия и сделать чугунные детали.

Если вы делаете твердотопливный котел своими руками, вы можете использовать уже изготовленные части конструкции, выполненные из чугуна, такие как дверцы, решетки и т.д.

Сталь

В отличие от чугуна, сталь хорошо поддается механической обработке. Он изготавливается из стального листа, который прокатывается в листы. Марки используемой стали зависят от того, какое оборудование должно быть изготовлено:

• Печная камера — обычная сталь не выдерживает прямого огня и высоких температур. Использование металла с низким содержанием углерода, приводит к быстрому сгоранию стенок.
  На заводе для изготовления горна используется сталь с добавками молибдена или хрома. Толщина металлического листа должна быть не менее 5 мм. Тот же принцип применим и к самодельным очагам.
• Теплообменник — металл не подвергается прямому воздействию пламени, поэтому для производства допускается углеродистая сталь толщиной 3 мм. Для обеспечения необходимой жесткости через каждые 10-15 см привариваются металлические ребра для усиления конструкции.

Со сталью легко работать, но у нее есть эксплуатационные недостатки:

• Максимальная нагрузка на давление в системе отопления — при увеличении нагрузки свыше 2 мБар стенки теплообменника изгибаются, со временем теряя прочность.
• Срок службы стальной печи не более 10-15 лет.

Из-за сложности обработки чугуна в самодельном котле используется только жаропрочная толстостенная сталь.

Тип теплообменника самодельного котла

Конструкция теплообменника определяет КПД и другие теплотехнические свойства котла, такие как время нагрева, способность работать в режиме пиролиза и т.д. Устройство сконструировано таким образом, чтобы максимально аккумулировать вырабатываемое тепло при минимально возможных тепловых потерях и передать энергию теплоносителю.

В котлах используются две основные конструкции теплообменников, различающиеся по энергоэффективности. Традиционно это «водяная рубашка» и змеевик.

Внешняя водяная рубашка

Если необходимо повысить эффективность и снизить вероятность перегрева теплоносителя за счет более равномерного нагрева, используется теплообменник с водяной рубашкой.

Принцип работы рубашки заключается в том, что жидкая среда буквально окружает всю топочную камеру. Независимо от интенсивности горения и степени обжига, теплоноситель нагревается. В моделях пиролиза длительного горения теплообменник дополнительно окружен ломаным дымовым каналом, что повышает эффективность примерно на 5%.

У этой конструкции есть недостатки:

1. Ограничения давления в системе отопления.
2. Высокие затраты на ремонт и техническое обслуживание.

Самодельный теплообменник с водяной рубашкой требует больших материальных затрат и качественной сварочной работы. Некачественные сварочные швы приведут к протечке уже через несколько недель эксплуатации и остановке агрегата.

Встроенный змеевик

В классических моделях котлов в качестве теплообменника чаще всего используется простая изогнутая труба, или змеевик. Нагрев осуществляется с помощью проточного процесса. Тепловая эффективность встроенного теплообменника ниже, чем у водяной рубашки.

Это решение имеет следующие характеристики:

• На эффективность отопления влияет интенсивность горения.
• Использование змеевика требует точного контроля температуры теплоносителя. Перегрев приводит к нарушению герметичности теплообменника.
• Змеевик может быть установлен на любую модель, независимо от размера самодельного котла.
• Второй змеевик можно использовать для нагрева горячей воды для бытовых нужд.

Установка встроенного змеевика требует меньших материальных затрат. Водяной контур такого типа проще в обслуживании, но имеет более низкий тепловой КПД.

Из чего лучше сделать колосники

Стальные колосники традиционно используются в стальных котлах. Сталь не очень хорошо реагирует на нагрев. Поэтому после нескольких лет эксплуатации колосники необходимо заменить. При модернизации твердотопливного котла стальные колосники часто заменяют чугунными.

Это решение имеет ряд преимуществ:

• Чугун устойчив к обгоранию и деформации — его температура плавления составляет не менее 1 500°C, чего невозможно достичь в домашних условиях. Чугунные решетки прослужат 20-25 лет без деформации.
• Использование угля, приводит к повышенному образованию сажи, которая, в сочетании с влагой, оставшейся в топливе, образует конденсат — сильную кислоту, вызывающую коррозию металла. Чугун устойчив к воздействию кислот, чего нельзя сказать о стали.

Чугунные очаги увеличивают общий вес котла, что следует учитывать при выборе материала.

Материалы для внешней теплоизоляции котла

При сжигании твердого топлива рабочая температура нагрева достигает 550 °С, а для пиролизных установок она составляет более 600 °С. Теплоизоляция служит для поддержания эксплуатационной безопасности и снижения потерь тепла до минимума.

Для изоляционных работ используются следующие материалы:

• Первичная изоляция — рекомендуется облицевать топочную камеру огнеупорным кирпичом.
• Вторичная изоляция — стенки и дно котла облицованы базальтовым негорючим теплоизоляционным материалом. Толщина плиты, варьируется от 4 до 8 см, в зависимости от мощности агрегата.

Базальтовый радиатор выдерживает температуру до 1200° C. Большинство производителей твердотопливных приборов используют именно такую изоляцию в конструкции котла.

Правильная краска для покраски корпуса котла

Кузов окрашен термостойкими порошковыми красками. Основными требованиями к краскам являются:

• Устойчивость к механическим повреждениям.
• Устойчивость к тепловому воздействию.
• Никакого шелушения после нескольких лет использования.
• Хорошая адгезия.

Современные лакокрасочные материалы могут выдерживать прямой огонь, не теряя своих защитных свойств. Существует выбор порошковых красок, которые подходят для окрашивания котлов.

Производство твердотопливных котлов требует тщательного планирования и тепловых расчетов, использования грамотных чертежей, а также правильного подбора комплектующих и расходных материалов. При соблюдении рекомендаций котел, сделанный своими руками, будет иметь хорошие свойства и теплотехнические параметры.